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1、 *本科毕业设计（论文）UCC3817 控制 100W 有源功率因数 校正电路的制作学 生 姓 名： * 学 生 学 号： 2007*2003 院 （系）： *学院 年 级 专 业： 2007 级* * 指 导 教 师： * 助理指导教师： 二一一年六月摘 要功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形,以使从电源吸取的有功功率最大化。在理想情况下，电器应该表现为一个纯电阻的负载，此时电器吸收的反射功率为零。在这种情况下，本质上不存在输入电流谐波。电流是输入电压（通常是一个正弦波）的完美复制品。在这种情况下，对于进行所需工作所要求的有功功率而言，从电网电源吸收的电流最小，而且还减小了与配电
2、发电以及相关过程中的基本设备有关的损耗和成本。由于没有谐波，也减小了与使用相同电源供电的其他器件之间的干扰。本文首先介绍国内外功率因数校正技术发展的现状，概述PFC变换器现有的各种分析方法及其优缺点与发展趋势，接着详细介绍PFC变换器的各种控制策略，并以UCC3817控制100W有源功率因数校正为研究对象，这种形式的电路对其进行研究是有实际工程意义。关键词 功率因数校正，PFC 变换器，UCC3817 ABSTRACTOff-line power factor correction circuit for power supply input current waveform shaping,
3、 to make the maximum active power from the power draw. Ideally, electrical appliances should behave as a pure resistance load, and then the reflected power is zero electrical absorption. In this case, in essence, there is no input current harmonics. Current is the input voltage (usually a sine wave)
4、 is a perfect replica, but with the same phase. In this case, the necessary work required for the active power is concerned, the current drawn from the mains power supply minimum, but also reduces the generation and distribution process and the related basic equipment-related losses and costs. In th
5、e absence of harmonics, but also reduces the power supply using the same interference between other devices.This paper introduces the domestic and international power factor correction technology development status, an overview of the existing PFC converter and the advantages and disadvantages of va
6、rious analytical methods and development trends, and then details the various PFC converter control strategy, and UCC3817 control has 100W source power factor correction as the research object, this form of the circuit is its practical engineering significance.Key words Power factor correction, PFC
7、converter, UCC3817目 录摘摘 要要I ABSTRACTII1 绪绪 论论.1 1.1 课题研究背景课题研究背景.1 1.2 功率因数校正研究现状功率因数校正研究现状1 1.3 提高功率因数的途径和方法提高功率因数的途径和方法.3 2 概概 述述.4 2.1 功率因数校正的原理和目的功率因数校正的原理和目的4 2.2 谐波的危害及其限制标准谐波的危害及其限制标准5 2.3 抑制谐波的方案及改善功率因数的措施抑制谐波的方案及改善功率因数的措施8 3 PFC 变换器及其控制方法变换器及其控制方法.10 3.1 PFC 控制方法控制方法.10 3.1.1 按输入电流检测和控制方式分类
8、.11 3.1.2 拓扑结构分类16 3.1.3 临界导通控制模式18 3.2 简化的简化的 PFC 控制器控制器.21 3.3 关于关于 PFC 的总结与展望的总结与展望.22 4 UCC3817 控制的控制的 Boost PFC 电路的分析电路的分析23 4.1 UCC3817 芯片的介绍芯片的介绍.23 4.2 UCC3817 控制的控制的 PFC 电路电路.24 5 PFC 实验电路及其分析实验电路及其分析29 5.1 PFC 实验电路实验电路.29 5.2 实验波形的分析实验波形的分析31 结结 论论32 参参 考考 文文 献献33 致致 谢谢341 绪 论1.1 课题研究背景开关电
9、源多数是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中会产生大量的电流谐波和无用功功率而污染电网，使功率因数较低，一般仅为 0.45-0.75，且其无功分量基本上为高次谐波。开关电源已成为电网最主要的谐波源之一。于是功率因数校正便应运而生。追求高质量的电力供需，一直是全球各国所想要达到的目标，然而大量的兴建电厂，并非解决问题的唯一途径，一方面提高电力供给的能量，一方面提高电气产品的功率因数（Power factor）或效率，才能有效解决问题。有很多电气产品，因其内部阻抗的特性，使得其功率因数非常低，为提高电气产品的功率因数，必须在电源输入端加装功率因数修
10、正电路（Power factor correction circuit）。1.2 功率因数校正研究现状功率因数校正技术（Power Factor Correction，PFC）是电力电子产品满足绿色环保要求的必需手段，是未来开关电源发展的关键技术之一。传统的功率因数概念是在线性负载（如电阻、电感等）条件下得到的，此时，交流电路中的电压和电流为同频率的正弦波，相位差为，功率因数PF =。最早由于使用大量cos交流电电机和各种电磁开关以及照明用电大量使用日光灯等感性负载，对于功率因数校正技术的研究，人们通常在感性负载两端并联移相电容，用容性无功功率补偿感性无功功率。基于进一步限制电流波形畸变和谐波
11、，使电磁环境更加干净的宗旨，一些世界性的学术组织提出了谐波限制标准，如IEC555-2，IEEE519等。其中，IEC555-2标准自1994年起已在欧盟国家全面实施，所有在欧盟市场销售的用电装置都必须满足这一标准。采用现代高频功率变换技术的有源功率因数校正技术是解决谐波污染最有效的手段。与传统的PFC电路相比，有源PFC电路的输入电流接近正弦波且与输入电压同相位，因此避免了对同一电网上其他用电设施的干扰。从PFC技术的发展历程来看，人们最早是采用电感器和电容器构成的无源网络进行功率因数校正。采用这种技术所需的滤波电容器和滤波电感器的体积和重量较大，因此电路往往较笨重，并且对于输入电流波形中的
12、谐波电流的抑制效果并不理想。早期的有源功率因数校正电路主要是晶闸管电路，进入上世纪八十年代以来，电力电子设备中开关电源、相控整流器等非线性负载大量投入使用，给PFC技术提出了新的问题。随着功率半导体器件的发展，开关电源技术突飞猛进，有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）技术应运而生。1986年美国公布功率因数等于1的电源的专利，这是最早的较完整的升压式PFC电路。起初对小功率电源并不适合但到八十年代末提出了工作在不连续导电模式（DCM）下的功率因数校正技术，其输入电流自动跟随输入电压，输入功率因数可接近1。这种变换器也叫电压跟随器，其控制简单
13、，在小功率场合倍受青睐。PFC主要有两种方法： 无源PFC( PPFC)和有源PFC(APFC )。PPFC利用线性电感器和电容器组成滤波器来提高功率因数、降低谐波分量。该方法简单、经济, 在小功率中可取得好的效果。但是, 在较大功率的供电电源中, 需要大电感器和电容器, 这样体积和重量会较大也不太经济, 且功率因数的提高和谐波的抑制也不能达到理想的效果。APFC使用高频开关变换器来实现功率因数的校正, 可迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化。APFC具有体积小、重量轻、功率因数大(可接近1)等优点。APFC又分为双级和单级两种。单级APFC电路将PFC预调节电路与DC/DC后调节电路集成为一次
14、能量处理, 同时实现输入电流的整形和输出电压的调节, 具有结构单、成本低、变换效率较高等优点。但输入电流不能取得理想正弦波, 且只适用于小功率场合。单级APFC电路还存在一个非常严重的问题, 其储能电容电压不可控, 会随着输入电压和负载的变化而变化。如何降低储能电容电压是单级APFC电路的一个研究热点。有源功率因数校正（BoostAPFC）技术的思路，主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。由于APFC使得电网端的功率因数为1，减小了输入电流，降低了配电输入线的损耗，消除了用电装置的谐波分量对电网的污染，因
15、此，凡是本身的工作会产生非线性，引起电网电压、电流畸变的电力电子装置，如果增加功率因数校正部分对电网带来的效益是明显的; 对于用电器本身则会增大体积提高成本。第四代IGBT的工作频率已达到150KHz，完全可以取代功率MOSFET；而且用于功率因数校正的集成控制器已先后出台并拥入市场，因此APFC的成本增加不大，而可靠性大大提高了。同时由于APFC增加了一级功率调节环节，它既要使输入电流波形呈正弦波，又要能够稳定输出电压，要同时具有两个互为矛盾的特性，势必会造成动态响应的恶化。但如果合理设计输出滤波电容C，就可适当得到补偿。增大输出滤波电容C的容量，使之同时满足电压纹波和交流突然断电时维持时间
16、的要求，就能解决问题。尽管APFC对消除电网污染，提高功率因数的作用很明显，但控制电路比较复杂，随着电子技术的发展，专用于APFC的集成电路（IC）已被开发研制出来，这对设计高功率因数，低谐波失真的各类电子电路提供了技术支持。 双级APFC中的PFC电路经过多年的研究,相对来说较成熟，是较常用的方式。它由两个相互独立的变换器分别实现输入电流的整形和输出电压的快速调节，前级PFC电路通常采用非隔离Boost、Buck/Boost和隔离Fly back变换器。电流连续CCM Boost电路因电路拓扑较简单、输入电流纹波小、功率开关管直接接地等优点, 成为最常用的PFC电路。随着开关频率的提高，把诸如软开关技术等新技术应用于中大功率PFC电路中是提高PFC转换效率、抑制谐波分量和电磁干扰(EMI)问题，提高PFC性能指标的一个
