2 kW 有源功率因数校正电路设计 概述：有源功率因数校正可减少用电设备对电网的谐波污染，提高电器 设备输入端的功率因数。详细分析有源功率因数校正APFC(active power factor corrector)原理，采用平均电流控制模式控制原理，设计一种2 kW 有源功率因数校正电路。实验结果表明：以TDA16888 为核心的有源功率因数校 正器能在90～270 V 的宽电压输入范围内得到稳定的380 V 直流电压输出，功率因数达O．99，系统性能优越。 1 引言 目前家用电器的功率前级多采用二极管全桥整流方式，这会造成电网谐波 污染，功率因数下降，无功分量主要为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基 波幅度的95％，五次谐波幅度约为基波幅度的70％．七次谐波幅度约为基波幅度的45％。高次谐波会对电网造成危害，使用电设备的输入端功率因数 下降，而且产生很强的电磁干扰(EMI)，对电网和其他用电设备的安全运行造 成潜在危害。 有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector，APFC)可将电源的输入电流变换为与输入市电同相位的正弦波，从而提高电器设备的功率因数， 减少对电网的谐波污染。理论上，降压式(Buck)、升压式(Boost)、升／降压式(Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等变换器拓扑都可作为APFC 的主电路。其中，Boost APFC 是简单电流型控制，功率因数值高，总谐波失真小，效率高，但输出电压高于输入电压，适用于75～2 000 W 功率电源，应用广泛。因为升压式APFC 的电感电流连续，储能电感可作为滤波器抑制射频干扰(RFI)和EMI 噪声，并防止电网对主电路的高频瞬态冲击．电路有升压斩波电路，输出电压大于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可达
项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计 一、目的 1 ?熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。 2 ?熟悉专用PWM控制芯片工作原理， 3?探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下： 输入电压：9V?15V; 输出电压：24V，纹波＜1%; 输出功率：30W 开关频率：40kHz 具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。 具有软启动功能。 进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试 三、实验仪器设备 1 ?示波器 2 .稳压电源 3 ?电烙铁 4. 计算机 5. 万用表 四、研究内容 （一）方案设计 本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控 制电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。系统总体方案设计框图如图 1.1所示。
1 ?主电路参数设计[1,2] 电路设计要求：输入直流电压9~15V ，输出直流电压24V ，输出功率30W , 输 出纹波电压小于输出电压的1%,开关频率40kHz , Boost 电路工作在电流连续 工作 模式（CCM ）。 Boost 变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率 二极管VD 和负载R 组成。 1）电感计算 忽略电路损耗，工作在CCM 状态，根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比： 艮卩,0.375 乞 D 乞 0.625 。 D max 八十十齐0.625 图1.1系统总体方案设计框图 图1.2 Boost 变换器主电路
功率因数校正之基本原理 何谓工率因数？ 功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。 实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。 当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)
Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。 当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。
电力电子技术课程设计 班级 学号
目录 一．课程设计题目 (2) 二．课程设计容 (2) 三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 2四．电路的设计过程 (3) 五．各参数的计算 (3) 六．仿真模型的建立，仿真参数的设置 (3) 七．进行仿真实验，列举仿真结果 (4) 八．对仿真结果的分析 (6) 九．结论 (7) 十．课程设计参考书 (7)
一．课程设计题目 Boost 变换器研究 二．课程设计容 1． 主电路方案确定 2． 绘制电路原理图、分析理论波形 3． 器件额定参数的计算 4． 建立仿真模型并进行仿真实验 6． 电路性能分析 输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等 三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。当可控开关V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C 上的电压向负载R 供电。因C 值很大，基本保持输出电压u ?为恒值，记为U O 。设V 处于通态的时间为on t ,此阶段电感L 上积累的能量为on t EI 1。当V 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。设V 处于断态的时间为off t , 则在此期间电感L 释放的能量为 ()off t I E U 10-。当电路工作于稳态时， 一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即 ()off on t I E U t EI 101-= 化简得 E t T t t t U off off off on = +=
ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理 ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理 一、什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正： 功率因数的定义为有功功率与视在功率的比值． 功率因素补偿:这项技术主要是针对因具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相(图1)而引起的供电效率低下,提出的改进方法(由于感性负载的电流滞后所加电压,电压和电流的相位不同,使供电线路的负担加重,导致供电线路效率下降,这就要求在感性用电器具上并联一个性质相反的电抗元件.用以调整该用电器具的电压、电流相位特性.例如:当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器).用电容器并联在感性负载的两端,利用电容上电流超前电压的特性,用以补偿电感上电流滞后电压的特性,使总的特性接近于阻性,从而改善效率低下的方法叫做功率因数补偿(交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示)。 图1 在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形
常规开关电源功率因数低是由于开关电源都是在整流后,用一个大容量的滤波电容使输出电压平滑,因此负载特性呈现容性.这就造成了交流220V在整流后,由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压上出现略呈锯齿波的纹波.滤波电容上电压的最小值远非为零,与其最大值(纹波峰值)相差并不多. 图2 全波整流电压和AC输入电流波形 因为根据整流二极管的单向导电性,只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通,而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时,整流二极管因反向偏置而截止.也就是说,在AC线路电压的每个半周期内,只是在其峰值附近,二极管才会导通.虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形,但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲,如图2所示.这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份,引起线路功率因数严重下降. 在正半个周期内(180o),整流二极管的导通角大大小于180o,甚至只有30o～70o.由于要保证负载功率的要求,在极窄的导通角期间,会产生极大的导通电流,使供电电路中的供电电流呈脉冲状态.它不仅降低了供电的效率,更为严重的是,它在供电线路容量不足或电路负载较大时,会产生严重的交流电压波形畸变(图3),并产生多次谐波,从而干扰了其它用电器具的正常工作(这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题)。
BOOST电路设计介绍 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W以上的DC／DC升压电路，由于专用升压芯片内部开关管的限制，难于做到大功率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输出的DC／DC 升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路，根据UC3842的功能特点，结合Boost拓扑结构，完全可设计成电流型控制的升压DC／DC电路，且外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100％。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC／DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是： 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率； 2)电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率； 3)简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作； 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50％的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比<50％，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿，使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 2 Boost电路结构及特性分析 2.1 由UC3842作为控制的Boost电路结构 由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。
无源功率因数校正电路的原理和应用 摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。 关键词:开关电源功率因数校正 一、引言 众所周知,目前电视机和大部分通用电器都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。 本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源谐波问题的可行方案。 二、无源PFC电路工作原理介绍 图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。
网络教育学院《电源技术》课程设计 题目：功率因数校正（PFC）技术的研究 学习中心：辽宁东港奥鹏 层次：高中起点专科 专业：电气工程及其自动化 年级： 2010年春季 学号： 学生： 辅导教师：武东锟 完成日期： 2012年 2 月 24 日
内容摘要 本文对于单相与单相PFC技术及其控制方法的研究，针对于各种功率因数校正，介绍了相应的基本工作原理，和功率因数校正技术的额发展和其主要最主要特点。从主电路的拓扑形式和控制方式分析有源功率因数校正。进而更好的学习电源技术。 关键词：功率因数校正；PFC技术；控制方法；有源功率因数
引言、 功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高，实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。因此。防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。 随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC)功能。设计人员面对着实现适当的PFC段，并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现，有助设计人员优化其特定应用要求的设计。
1功率因数校正基本原理及方法 1.1功率因数校正基本原理 功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。 PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。 1.1.1拓扑选择的一般方法 由于输入端存在电感，升压转换器是提供高功率因数的方法。此电感使输入电流整形与线路电压同相。但是，可以采用不同的方案来控制电感电流的瞬时值，以获得功率因数校正。 a．临界导电模式(CRM)PFC——由于控制的设计较为简单，而且可与较低速升压二极管配合使用，所以在较低功率应用中通常采用此方法。 b．不连续导电模式(DCM)PFC——此创新的方案延承了CRM 的优点，并消除了若干限制。 c．连续导电模式(CCM)PFC——由于这种方案恒频且峰值电流较小，是较高功率(>250 W)应用的首选方案。但是，传统的控制解决方案较为复杂，牵涉到多个环
功率因数校正(英文缩写是PFC)是 目前比较流行的一个专业术语。PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。 线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。前一个原因人们是比较熟悉的。而后者在电工学等书籍中却从未涉及。 功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。 PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。 长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上 的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC 线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通(导通角约为70°)。虽然AC 输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC 输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图l 所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。若AC 输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF 与电流总谐波失真(度)THD 之间存在下面关系： 而是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。无源PFC 电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC 电路由三只二极管和两只电容组成，如图2所示。这种无源PFC 电路的工作原理是：当50Hz 的AC 线路电压按正弦规律由0向峰值V m 变化的1/4周期内(即在0 ？ 课程设计说明书 课程名称：电力电子课程设计 设计题目： Boost电路的建模与仿真{ 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 【 二○一五年一月 目录 引言课程设计任务书 (3) 第一章电路原理分析 (4) 第二章电路状态方程 (5) 当V处于通态时 (5) 当V处于断态时 (5) 第三章电路参数的选择 (6) 占空比 的选择 (6) 电感L的选择 (6) 电容C的选择 (7) 负载电阻R的选择 (7) 第四章电路控制策略的选择 (8) 电压闭环控制策略 (8) 直接改占空比控制输出电压 (8) 第五章 MATLAB编程 (9) 定义状态函数 (9) 主程序的编写 (9) 运行结果 (12) 第六章 Simulink仿真 (16) 电路模型的搭建 (16) 仿真结果 (16) 第七章结果分析 (18) 参考文献 (19) 引言课程设计任务书 题目 Boost电路建模、仿真 任务 建立Boost电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。 要求 课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。 V1=20V±10% V2=40V I0=0 ~ 1A F=50kHZ 第一章 电路原理分析 Boost 电路，即升压斩波电路（Boost Chopper ），其电路图如图1－1所示。电路中V 为一个全控型器件，且假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。当V 处于通态时，电源E （电压大小为1V ）向电感L 充电，电流L i 流过电感线圈L ，电流近似线性增加，电能以感性的形式储存在电感线圈L 中。此时二极管承受反压，处于截断状态。同时电容C 放电，C 上的电压向负载R 供电，R 上流过电流0I R 两端为输出电压0U （负载R 两端电压为2V ），极性为上正下负，且由于C 值很大，故负载两端电压基本保持为恒值。当V 处于断态时，由于线圈L 中的磁场将改变线圈L 两端的电压极性，以保持L i 不变，这样E 和L 串联，以高于0U 电压向电容C 充电、向负载R 供电。下图1－2为V 触发电流和输出负载电流的波形，图1－3为电感充放电电流的波形。 图2－1 功率因数校正原理及相关IC 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。 2高次谐波及功率因数校正 一般开关电源的输入整流电路为图1所示： 市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。这 种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。 谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值 的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion) THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如： ——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等； ——引起电话网噪音； ——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭； ——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。 功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。 设电容输入型电路的输入电压e为： 三相功率因子校正（PFC）技术的综述(1) 杨成林，陈敏，徐德鸿 (浙江大学电力电子研究所，浙江杭州310027） 摘要：综述了三相功率因子校正电路发展现状，并对典型拓扑进行分析比较。 关键词：三相整流器；谐波；功率因子校正 1 引言 近20年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，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，在电网中产生大量电流谐波和无功污染了电网，成为电力公害。电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。我国国家技术监督局在1993年颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93），国际电工委员会也于1988年对谐波标准IEC555 2进行了修正，另外还制定了IEC61000-3-2标准，其A类标准要求见表1。传统整流器因谐波远远超标而面临前所未有的挑战。 表1 IEC61000-3-2A类标准 注：表中n为谐波次数。 抑制电力电子装置产生谐波的方法主要有两种：一是被动方法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波；另一种是主动式的方法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因子高等特点，即具有功率因子校正功能。近年来功率因子校正(PFC)电路得到了很大的发展，成为电力电子学研究的重要方向之一。 单相功率因子校正技术目前在电路拓扑和控制方面已日趋成熟，而三相整流器的功率大，对电网的污染更大，因此，三相功率因子校正技术近年来成为研究热点。 2 三相六开关PFC电路 六开关三相PFC是由6只功率开关器件组成的三相PWM整流电路，电路如图1所示。每个桥臂由上下2只开关管及与其并联的二极管组成，每相电流可通过桥臂上的这2只开关管进行控制。如A相电压为正时，S4导通使L a上电流增大，电感L a充电；S4关断时，电流i a通过与S1并联的二极管流向输出端，电流减小。同样A相电压为负时，可通过S1及与S4并联的二极管对电流i a进行控制。在实际中控制电路由电压外环、电流内环及PWM 发生器构成。常用的控制方法如图2所示。PWM控制可采用三角波比较法、滞环控制或空间向量调制法（SVM）[27]。由于三相的电流之和为零，所以只要对其中的两相电流进行控制就足够了。因而在实际应用中，对电压绝对值最大的这一相不进行控制，而只选另外两相进行控制。这样做的好处是减小了开关动作的次数，因而可以减小总的开关损耗。该电路的优点是输入电流的THD小，功率因子为1，输出直流电压低，效率高，能实现功率的双向传递，适用于大功率应用。不足之处是使用开关数目较多，控制复杂，成本高，而且每个桥臂上两只串联开关管存在直通短路的危险，对功率驱动控制的可靠性要求高。为了防止直通短路危险，可以在电路的直流侧串上一只快恢复二极管[28]。 图1 三相六开关PFC电路 总目录 引言 (2) 1 升压斩波工作原理 (2) 1.1 主电路工作原理 (2) 2 升压斩波电路的典型应用 (4) 3 设计内容及要求 (6) 3．1输出值的计算 (7) 4硬件电路 (7) 4.1控制电路 (7) 4.2 触发电路和主电路 (9) 4.3.元器件的选取及计算 (10) 5.仿真 (11) 6．结果分析 (14) 7．小结 (14) 8.参考文献 (14) 引言 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点 1 升压斩波工作原理 1.1 主电路工作原理 1)工作原理 假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。 V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 课程设计说明书 课程名称：电力电子课程设计 设计题目：Boost电路的建模与仿真专业：自动化 班级：自091 学号： 0902100202 姓名：张凯强 指导教师：陆益民 广西大学电气工程学院 二○一一年十二月 1．题目 一个Boost变换器的设计 2．任务 设计一个Boost变换器，已知V1=48V±10%，V2=72V，I0=0～1A。要求如下： 1）选取电路中的各元件参数，包括Q1、D1、L1和C1，写出参数选取原则和计算公式； 2）编写仿真文件，给出仿真结果：（1）电路各节点电压、支路流图仿真结果；（2）V2与IO的相图（即V2为X坐标；IO为Y坐标）；（3）对V2与IO进行纹波分析；（4）改变R1，观察V2与IO的相图变化。 3）课程设计说明书用A4纸打印，同时上交电子版（含仿真文件）；4）课程设计需独立完成，报告内容及仿真参数不得相同。 一、原理分析 分充电和放电两个部分来说明（假设MOS 管断开很久，所有元件都处在理想状态）： 充电过程 在充电过程中，开关闭合（MOS 管导通），等效电路如图二，开关（MOS 管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 放电过程如图，这是当开关断开（MOS 管截止）时的等效电路。当开关断开（MOS 管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 U ()o t +- + - U ()o t +-+ - 功率因数校正(PFC)技术综述 摘要:消除电网谐波污染，提高功率因数是电力电子领域研究的一个重大且很有实际价值的课题。本文介绍了电网谐波污染问题和谐波抑制的方法；指出了功率因数校正的目的和意义；回顾了功率因数校正技术的发展概况、研究现状和未来的发展方向。 1 引言 高效无污染地利用电能是目前世界各国普遍关注的问题。根据统计，实际应用中有70%以上的电能要经过电力电子装置进行转换才能被利用，而在电力电子换流装置中，整流器约占90%，且大多数采用了不控或相控整流，功率因数低，向电网注入大量高次谐波，极大地浪费了电能。 电力系统谐波的来源主要是电网中的电力电子设备，随着此类设备装置的广泛应用，给公用电网造成严重污染，谐波和无功问题成为电器工程领域关注的焦点问题。为了减轻电力污染的危害程度，许多国家纷纷制定了相应的标准，如国际电工委员会的谐波标准IEEE555-2和IEC-1000-3-2等，这些都有力地促进了学术界和工程界对谐波抑制的研究。解决谐波污染的主要途径有两条：一是对电网实施谐波补偿，二是对电力电子设备自身进行改进。前者包括对电力系统的无源滤波和有源滤波(APF)，后者包括对电力电子装置的无源和有源功率因数校正，相比而言，后者是积极的方法。 电力电子装置的有源功率因数校正(APFC或PFC)从上个世纪80年代中后期以来逐渐成为电力电子技术领域研究的热点。功率因数，是对电能进行安全有效利用的衡量标准之一。从最初的因为大量感性负载投入电网带来的无功损耗，到后来的因为各种非线性整流装置投入电网带来的谐波污染，再到现在的电力电子装置尤其是开关电源的广泛使用而带来的大量谐波对电网的危害，功率因数校正技术走过了从无功功率补偿到无源、有源滤波、再到有源功率因数校正和单位功率因数变换技术的发展历程。功率因数校正技术的发展，成为电力电子技术发展日益重要的组成部分，并成为电力电子技术进一步发展的重要支撑。目前，单相功率因数校正技术的研究比较多，在电路拓扑和控制方面都相当成熟，而三相功率因数校正的研究则相对较晚较少。近年来随着PFC技术的研究的不断深入，三相PFC日益引起人们的重视。单相PFC技术的成熟对三相PFC的研究有很大的借鉴意义。 随着全世界范围谐波标准的强制执行，生产和制造低谐波污染的三相电力电 电力电子技术课程设计课题：60W boost电路的设计 班级电气学号 姓名 专业电气工程及其自动化 系别电子与电气工程学院 指导教师陈万 2015年6月 目录 一、总体设计思路 (3) 1.1设计的目的 (3) 1.2实现方案 (3) 二、直流稳压电源设计 (4) 2.1电源设计基本原理 (4) 2.2稳压电源总电路设计 (6) 三、boost主电路设计 (8) 3.1boost电路工作原原理 (8) 四、控制电路设计......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1PWM控制芯片SG3525 ............................................................. 错误！未定义书签。 4.2控制电路原理............................................................................. 错误！未定义书签。 五、驱动电路设计......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.1IGBT对驱动电路的影响 (14) 5.2驱动电路基本原理 (14) 六、结论 (16) 七、心得体会 (16) 八、附录 一、 总体设计思路 1.1 设计目的 升压斩波电路是最基本的斩波电路之一，利用升压斩波电路可以实现对直流的升压变化。所以，升压斩波电路也可以认为是直流升压变压器，升压斩波电路的应用主要是以Boost 变换器实现的。升压斩波电路的典型应用有：一、直流电动机传动，二、单相功率因数校正（Power Factor Correction PFC ）电路，三、交直流电源。直流升压斩波电路的应用非常广泛，原理相对比较简单，易于实现，但是，设计一个性能较好变压范围大的Boost 变换器并非易事，本设计的目的也就在于寻求一种性能较高的斩波变换方式和驱动与保护装置。 1.2 实现方案 本设计主要分为五个部分：一、直流稳压电源（整流电路）设计，二、Boost 变换器主电路设计，三、控制电路设计，四、驱动电路设计，五、保护电路设计。 直流稳压电源的设计相对比较简单，应用基本的整流知识，该部分并非本设计的重点，本设计的重点在于主电路的设计，主电路一般由电感、电容、电力二极管、和全控型器件IGBT 组成，主电路的负载通常为直流电动机，控制电路主要是实现对IGBT 的控制，从而实现直流变压。主电路是通过PWM 方式来控制IGBT 的通断,使用脉冲调制器SG3525来产生PWM 的控制信号。设计主电路的输出电压为75V ，本设计采用闭环负反馈控制系统，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM 信号，达到负反馈稳定控制的目的。 L D C R V L i i u o u + - +- O t g u O t L i max L i min L i T on t 图1-1 原理框图 二、直流稳压电源设计 2.1电源设计基本原理 在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。这次设计的直流电源 1.3.1 “填谷式”功率因数校正电路方法 这种所谓的填谷式功率因数校正方法需要用到额外的二极管和电容器，通过改变存储电容各充电和放电阶段的电路效率来提高功率因数。这种情况并不是真正的无源（没有LC滤波器），而是有源的，只是因为在一个周期的不同时期二极管的开关工作。 这种方法是由Spangler于1988年提出的。最近，KitSum采用Spangler电路的倍电压类型的计算机模拟结果表明功率因数有可能达到98％。 在低功率应用如荧光灯中该低成本解决方案是很有潜力的，原始的Spangler方案已在这方面应用了很多年。它是一个不容忽视的好的、廉价、实用有效的解决方案。 图4.1.7给出了原始的Spangler电路，图4.1.8给出了计算机模拟的该电路输入所期望的电流波形。图4.1.9给出了新型的倍电压类型的Spangler电路，图4.1.10给出了计算机模拟的在倍电压类型电路的输入所期望的电流波形。 4.1.7低功率应用时的“填谷式”功率因数校正电 路 (Spangler) 图4.1.8 Spangler电路的典型输入电流波形 4.1.9 改进后的“填谷式”功率因数校正电路 (Spangler和 KitSum) 4.1.10 改进后的Spangler电路的输入电流的波 形 1.3.2功能 在简单条件下，图4.1.7所示填谷式功率因数校正电路的功能如下： 考虑输入正弦波为刚过零点的情况。设加在负载R1上的输出电压约为供电输入电压峰值的１/3 ，C1通过D3给负载供电，同时C2通过D2给负载供电。因此C1和C2是以并联的方式给负载供电。二极管D1反偏不导通。 因为电源桥式整流器BR1的输出电压超过供电电压，所以桥路二极管被反向配置而输入电流将为零，如图4.1.8中波形的起始部分所示。 当输入电压大于输出电压时，BR1将导通以增大输出电压。此时二极管D2和D3将关断，电容器C1和C2将停止向负载供电。因此负载电路现在直接从电源通过桥式整流器提供，因供电电压小于C1和C2上的电压之和，这时D1将不导通。 直到供电电压达到C1和C2上的电压之和时，加到整流桥输出的负载才是线性的负载，输入电流将和输入电压一样为正弦波形。 当供电电压达到峰值时，它将超过C1和C2上的电压之和，D1通过C2、D1、R2和C1导通并再对串联电容器充电。供电电压峰值附近的短暂电流被电阻器R2限流。 当供电电压开始下降时，所有的二极管都将关断，负载电流又重新直接通过整流桥BR1供电。 当供电电压刚下降到原来峰值的50％时，二极管D3和D2将重新导通，通过并联的C1和C2 O 引言 传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越来越引起人们的注意。功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。本文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。 1 功率因数(PF)的定义 功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即 式中：I1为输入基波电流有效值； 为输入电流失真系数； Irms为输入电流有效值； cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。 可见PF由γ和cosφ决定。cosφ低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。γ值低，则表示输入电流谐波分量大，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。全桥整流器电压和电流波形图如图1所示。 2 功率因数校正实现方法 由式(1)可知，要提高功率因数有两个途径，即使输入电压、输入电流同相位；使输入电流正弦化。 利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。 功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到o．7~0．8，因而在中小功率电源中被广泛采用。有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功电力电子课程设计Boost电路的建模与仿真
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