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1、CRM Buck PFC变换器的研究+文献综述 摘要本文首先对功率校正技术的研究现状及其重要意义进行了介绍，对PFC电路的拓扑结构，运行的模式，操作方法等做了详细的叙述。为了是电路的结构简单，我们确定用单级Buck型拓扑结构，并且工作在临界导通模式（CRM）中，采用峰值电流模式控制。该电路不但减小了芯片的体积，而且在一定程度上降低了开关管的功率损耗。33146我们所设计的电路能够对输入电压误差的放大器来进行有效的调节，这个误差的放大器能够起到响应速率高，功率损耗小的作用。而且，我们所设计的电路中的芯片还设计了零电流检测模式，控制电感电流，当电感电流为零值时，开关功率管打开，这样使得PFC电路可
2、以连续工作，而且也对功率因数的提高有很大的作用。最后，我们通过Saber软件对所设计的电路进行仿真，从我们仿真的结果来看，我们所设计的PFC变换器能够很好的实现我们预定的设计要求。关键词 功率因数校正 单级 Buck 型 临界导通模式毕业论文设计说明书外文摘要Title RESEARCH OF CRM BUCK PFC CONVERTERAbstractIn the first part, this thesis introduces the research status of the power factor correction technology and its importance
3、 . Then it has a detailed narrative about the PFC circuit topology, operating mode, and control methods . In older to simplly circuit structure, we had decided to use the single-stage Buck topology, uses peak current mode control, and operates in critical conduction mode (CRM). The circuit not only
4、reduces the volume of chips, but also largely reduce the power loss of the switch tube.源自!六(维:论文网)加7位QQ3249114Then,the circuit can be designed on the input voltage error amplifier adjusted depending on the mode of the circuit, the error amplifier has a high response rate, and low power consumption .
5、 Moreover, the circuit chip also uses a zero-current detection mode, control the inductor current when the inductor current is zero value, switch power tube open, which makes the PFC circuit work, it also can improve the power factor .Finally, we designed circuit simulation acorrding to Saber softwa
6、re, from simulation results , we have designed the PFC converter can achieve our predetermined design requirements greatly.Keywords： PFC single-stage type Buck the critical conduction mode目 次1 绪论 11.1 PFC技术的实现方法 11.2 PFC技术发展过程 21.3 功率因数校正的重要意义 32 PFC变换器概述 42.1 两级PFC与单级PFC 42.2 PFC变换器拓扑结构7 52.3 PFC电路
7、的工作模式 62.4 PFC电路控制方式 83 CRM Buck PFC变换器的工作原理 104 PFC变换器的设计 144.1 PFC电路设计的要求 144.1.1 单级PFC和双级PFC的选择 144.1.2 拓扑结构的选择 144.1.3 控制模式的选择 144.1.4 工作模式的选择; 144.2 电路主要器件的选取 154.3 电路参数的设计 164.3.1 电感Lb的设计 174.3.2 输入整流电路的选择 18 源自!六(维:论文网)加7位QQ32491144.3.3 开关管的选择 184.3.4 二极管的选择 194.3.5 输出电容的选择 20 :4.3.6 控制芯片 205
8、 FPC电路的仿真 225.1 仿真结果 225.2 仿真结果分析 25结 论 26致 谢 27参考文献281 绪论在科学技术飞速发展与社会日益强大的时代，是什么在我们的生活中变得越来越常见呢？没错，就是电子产品。但是所有的电子的产品都是需要电源供电的，但是由于电路中非线性元器件与储能元器件的存在，使得输入的交流电流波形发生了很严重的变形，产生谐波电流，使电源利用率降低，而且供电质量大打折扣，为了提高电源的利用率，使供电质量得以保证，功率因数校正技术成为了科学研究领域的重中之重。1.1 PFC技术的实现方法无源功率因数校正技术(PPFC)，这种方法的电路拓扑只采用了电感、电容、电阻和二极管等无
9、源器件。首先利用电感和电容组成滤波器对输入的电流进行有效的整形，然后是对输入的电流的波形相位的改变，由此起到校正功率因数的目标。这种方法电路简单，但是对于谐波的抑制作用有很大的缺陷，功率因数也不会特别高，在一些小功率场合能够放心的使用。无源功率因数校正电路如图1.1所示：图1.1 无源功率因数校正电路有源功率因数校正(APFC)，有源PFC技术的原理是在桥式整流器和输出电容的滤波器之间加入一个能够校正输入的电流波形并且使其能与输入的电压波形保持同相位的功率校正的电路，加入这个校正电路之后将电流波形整形成接近于正弦波，很有效的提高了功率因数。APFC的使用范围更广，并且输出电压更加稳定，体积重量
10、小。因此，有源功率因数校正（PFC）在提高功率因数的应用更多，已经成为主流功率因数校正方式1 。 源自!六(维:论文网)加7位QQ3249114有源功率因数校正电路如图1.2所示：图1.2 有源功率因数校正电路1.2 PFC技术发展过程 自八十年代起，功率因数校正技术就慢慢发展起来，各国得专家都对其做了非常深入的探究，并且研究成果很理想。八十年代中期，功率因数校正（PFC）技术的探究重点主要放在电感电流连续模式(CCM)2；这种模式具有很高的功率因数，并且经过开关管电流的有效值非常小等优点，因此这一模式主要应用于大中功率的设备中。但是需要测定输入电流电压，需要乘法器，并且采用电流电压双环控制方
11、式。由于控制比较复杂,成本也很高。所以到了八十年代末，电流断续模式(DCM)开始出现3；和CCMPFC变换器相比，DCMPFC的电路的控制更为简便，它只用检测输出电压即可。但是因为其开关管电流的有效值相较CCM大,并且输入电流的纹波大,所以仅适用于对成本要求比较高的小功率应用场合。九十年代初，临界导通模式(CRM)的功率因数校正技术开始被提出来4；该模式具有输入电流的高频脉动量相较于DCM模式减小的优势，并且还防止出现Boost变换器中的升压二极管反向恢复的问题。现在CRM模式的Boost PFC电路主要应用在50W-300W功率等级内的功率因数校正场合5;其缺点是开关频率随着输入电压与负载的
12、变化而发生变化，EMI滤波器与Boost电感的设计较为复杂。根据PFC的结构特点，我们可以将PFC技术分为两大类：两级PFC技术和单级PFC技术。两级PFC技术比单级的PFC技术出现的要早，第一级的功能是整形输入的电流波形，使其接近正弦波波形,因此使得输入的电流的谐波大大的降低，并且很好的的起到了提高功率因数的目的,所以我们将第一级叫为功率因数校正级,第二级的主要作用是调整电压的输出使其满足负载的需求，我们管它叫DC-DC级。两级 PFC技术不仅能实现高的输入功率因数、降低输入电流的谐波分量，而且还能对第二级（ DC- DC级）进行高效率优化设计，但是两级 PFC技术存在元件多、消费高、电路效
13、率低等问题。 二十世纪末期，单级 PFC开始被提出，它将两级 PFC的电流波形整形功能和 DC/ DC功能贯串在一起，以这样的方式同时来实现输入的电流波形整形和对输出的电压进行调整的性能。因为单级 PFC技术只需要一级能量的变换，所以单级 PFC与两级 PFC相比而言具有元件少，成本低等优点，但是单级 PFC需要一个储能电容平来使输出电压的工频纹波降低，在输入电压的范围较宽的场合(90Vac-265Vac)此电容内电压的应力很大。另外因为电路的优化困难,效率可能会比两级PFC结构更低。所以，现在单级PFC技术还仅适合于对成本要求较高的中小功率场所。1.3 功率因数校正的重要意义 功率因数的高低
14、是衡量电子设备好坏的一个非常重要的标准。功率因数低，会使电网在传输功率的时候造成严重的浪费，并且还会产生大量的谐波。较高的谐波含量会对输电线路产生非常严重的传导干扰跟辐射干扰，因此对其它用电设备的安全有效的运行产生了非常严重的影响。例如对发电机的运行功率损耗，同时影响了变压器的高效运行，而且干扰继电保护器等保护装置，会经常是保护装置发生误动作的情况。我们可以看出，谐波对电网的危害是非常大的，所以，我们要对电网谐波进行有效的预防，积极的做好减小电流谐波的工作，将这项工作重视起来。 功率因数校正技术的目的就是使用合适的方法来提高功率因数，将输入电流的波形整形，减小谐波含量，从而达到提高功率因数的目
15、的。为了实现这一校正目标，目前国际上已经针对功率因数校正技术进行了深入的研究，并且开发出来一系列适用于PFC的集成电路。源自!六(维:论文网)加7位QQ32491142 PFC变换器概述2.1 两级PFC与单级PFC 我们根据功率因数电路结构的特将PFC电路分为两级 PFC和单级 PFC。目前被广为采用的有源PFC技术是两级方案，两级PFC变换器使用两个开关功率管和两个控制器，其中一个控制器是对功率因数实现控制另一个是脉冲宽度调制控制器(PWM)。如果只想使用一个控制器对电路进行控制，我们只能采用功率因数校正控制器（PFC）/脉冲宽度调制控制器（PWM）组合起来的方式进行控制，但是电路仍然需用两个开关功率管，例如成本有些高，电路的拓扑结构有些复杂。
