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1、基于CCM的单相Boost PFC电路的设计与仿真摘要近年来，为了避免“电网污染”，如何抑制谐波电流、提高功率因数成了备受关注的问题，而有源功率因数校正技术正是行之有效的方法。尤其是在单相Boost型电路中得到了广泛的应用。它是在桥式整流器与负载接一个DC-DC变换器，应用控制电路的电压电流双环反馈，使电网输入电流波形趋于正弦化且相位保持与输入电压相同，从而大幅降低THD,使得PF接近于1。交流输入电压通过全桥后，得到全波整流电压，再经过MOS管的开关控制使输入电流自动跟随输入电压基准的正弦化脉动，并获得稳定的升压输出，给负载提供直流电压源。本文先简要介绍了功率因数校正技术的现状与发展，着重讨
2、论了有源功率因数校正的原理、拓扑结构、控制方式等内容，然后对控制器UC3854进行了简单的构造分析，最后设计出基于UC3854芯片CCM工作模式的Boost PFC电路。关键词：有源功率因数校正，Boost变换器，电流连续模式，平均电流控制，UC3854 ABSTRACTIn recent years, in order to avoid grid pollution, how to suppress the harmonic current, improve the power factor has become a concern, and active power factor corr
3、ection technology is an effective method. Especially in single-phase Boost-type circuit has been widely used. It is in the bridge rectifier and the load connected to a DC-DC converter, the application of the control circuit voltage and current double loop feedback, so that the grid input current wav
4、eform tends to be sinusoidal and phase to maintain the same with the input voltage, thereby significantly reducing the THD, making PF close In 1. AC input voltage through the full bridge, the full-wave rectifier voltage, and then through the MOS tube switch control so that the input current automati
5、cally follows the input voltage reference sinusoidal pulsation, and obtain a stable boost output to the load to provide DC voltage source.In this paper, the present situation and development of power factor correction technology are briefly introduced. The principle, topology and control mode of act
6、ive power factor correction are discussed emphatically. Then, the simple structure analysis of controller UC3854 is carried out. Finally, Chip CCM operating mode Boost PFC circuit.Keywords: Active Power Factor Correction, Boost converter, Current Continuous Mode, Average current control, UC3854 目录1
7、绪论11.1 功率因数校正的背景意义11.2 功率因数校正的发展概述11.3功率因数校正的实现方法分类21.3.1按PFC电路使用的元器件分类21.3.2 按供电方式分类21.3.3 按PFC电路的级联方式分类21.3.4 按PFC电路的电路拓扑结构分类21.4 本文所做的主要工作22 功率因数校正原理42.1 功率因数42.1.1 功率因数的定义42.1.2 功率因数与总谐波失真系数（THD）的关系42.1.3功率因数校正的任务42.1.4电源电流波形失真原因简析52.2 有源功率因数校正的基本原理52.3 有源功率因数校正的拓扑结构62.4 有源功率因数校正的工作模式及控制方式72.4.1
8、电流断续模式（Discontinuous Current Mode,DCM）72.4.2电流临界模式（Boundary Conduction Mode,BCM）82.4.3电流连续模式（Continuous Current Mode,CCM）93 PFC主电路主要元器件的参数设计133.1本PFC电路的设计指标133.2 Boost变换器的工作原理133.3主电路元器件的参数设计153.1.1开关频率的选择153.1.2升压电感的选择153.1.3输出电容的选择153.1.4开关管和二极管的选择164 基于UC3854控制电路的设计174.1 UC3854控制器概述174.2 UC3854控制
9、器的内部结构和功能特点174.2.1 UC3854控制器的内部结构174.2.2 UC3854控制器的功能特点184.3 UC3854控制电路各参数设计194.3.1 电流感测电阻的选择194.3.2 峰值电流限制194.3.3 前馈电压信号204.3.4 乘法器的设定204.3.5 乘法器的输入电流204.3.6 乘法器的输出电流204.3.7 振荡器的频率214.3.8 电流误差放大器的补偿214.3.9 电压误差放大器的补偿224.3.10 前馈电压滤波电容224.4 UC3854的仿真电路及仿真波形展示23总结27致谢28参考文献291 绪论1.1 功率因数校正的背景意义 世界工业化进
10、程的加快，使得市面上用电设备的样式越来越多、它们的容量也越来越大。但是这些电器设备大都不是纯阻性负载，而是具有非线性特性的阻抗负载。因为如此，电网端输电进入这些设备后，输入电流往往会滞后电网电压，从而产生一个相位角。这样就导致了电网所供应的电能并不完全能被用电设备给利用，除去转化为有用功的部分电能，其余都以磁能的形式储存在储能元器件中而不能被释放。这就使得电网电能的利用率大幅下降。这种现象的普遍存在直接致使了电网的电能质量下跌。另外一些电力电子装置的大面积应用也使得大量谐波电流出现在电网输入端，引起输入电流畸变以造成“电网污染”。然而大量建设发电站并不能很好的解决“电网污染”所造成的供电紧张问
11、题，从成本和环保等方面来说也并不符合当下的“低碳”、“绿色”和“环保”等主题。因此，为了抑制高次谐波污染，提高电能质量，设法提高有关电气产品的功率因数就变得重要。1.2 功率因数校正的发展概述最初的PFC概念是针对线性负载而言的，这时候就不用考虑谐波失真情况，它要求输入设备的电压与电流为同频率同相位的正弦波即可。但是对于多数为感性负载的电气设备，此方式所得到的PF显得差强人意。因此为了提升PF，通常在这种感性负载两端并联电容，起移相作用，此方法被称作PF并联补偿。但是该法对于输入电流波形严重失真的状况不作为，这就迫使人们探求新的PFC方案。后来，在早期的开关电源中，无源功率因数校正（PPFC）
12、开始崭露头角。它是在直流源端或桥式整流器后添加一个LC网络，应用电感电流不能突变的特性，来增加二极管的导通角，使得输入电流失真有了较大的改善。但是该方法有其明显的劣势，即能达到的PF并不理想，而且体积庞大、成本高。后来被更为先进的，由二极管、电容、小电感等无源器件构成的PPFC电路拓扑所取代。随着对PFC效果的追求越来越高，使得输入总谐波失真（THD）达到足够低，有源功率因数校正技术（APFC）渐渐发展了起来。20世纪80年代初，飞利浦公司开发的单灯管和双灯官电子镇流器采用了由分立元件组成的APFC电路，使得PF得到了0.96以上。但是其电路的结构过于复杂，因产品的成本体积问题而使其应用受到了
13、限制。APFC的发展与电力电子器件的发展紧密相关,依托于微电子技术的飞速发展，基于控制IC的APFC技术应运而生。该技术相比之前的方法，成本、体积、校正效果等各方面都有了很大的进步。1.3功率因数校正的实现方法分类1.3.1按PFC电路使用的元器件分类按使用的变换器是否含有源器件，PFC可分为有源功率因数校正（APFC）和无源功率因数校正（PPFC）。PPFC一般是指整流桥后直接加LC滤波电路来增大导通角，进而降低输入电流失真度来提高PF。但是该种电路结构简单，且PF较低，只适用于小容量电子设备。APFC则是通过专门的控制IC对输入电流进行控制，使其跟随输入电压正弦脉动，它的功率因数可以达到0
14、.99以上，但是结构相较PPFC复杂很多。1.3.2 按供电方式分类按照供电方式不同，PFC可分为单相与三相功率因数校正电路。单相适用于小功率工作场合，三相则适合中大功率的工作场合。1.3.3 按PFC电路的级联方式分类按照级联方式不同，可分为单级PFC和两级PFC。单级PFC电路结构相对简单，其特点是PFC变换器与斩波变换器是一个整体电路且共用一个功率管，这使得电路成本较低，但是它所能达到的PF没有两级来得高。两级PFC电路一般是前级为升压变换器，后级为斩波器，它俩都由各自电路控制且有自己的功率管，一般适用于大功率场合。1.3.4 按PFC电路的电路拓扑结构分类 PFC电路大致有四种基本类型
15、拓扑结构，分别为降压(Buck)型、升压（Boost）型、降压升压（Buck-Boost）型、Cuck型。在第二章中，会为各个拓扑结构进一步做介绍。1.4 本文所做的主要工作 本文第一章为绪论，介绍了功率因数这个话题的背景意义及发展历程，并对其根据不同的方式分了类；第二章为对有源功率因数的较为详细的介绍，主要分析了APFC电路的基本原理、拓扑结构种类、工作模式及其电流控制方式的特点，使读者对APFC电路有个大致的认知。第三章涉及到了本次电路的主电路参数设计工作，先是分析了所采用的拓扑结构的原理，再有依据地对每个元器件的参数进行选取。第四章是本次电路所采取的芯片介绍和其外围电路参数的选取，另外附上了Saber仿真过程中相关电路图与波形图的展示，为本次设计提供了直观生动的校正结果。2 功率因数校正原理2.1 功率因数2.1.1 功率因数的定义功率因数用来表示电路交流（AC）电源的利用率，其定义为有功功率（P）与视在功率（S）的比值，即
