PFC开关电源电路设计分享

双极PFC开关电源设计
首先是输入滤波电路，它的作用是滤除输入端的高频噪声和谐波。

输
入滤波电路一般由电感和电容组成，电感负责滤除高频噪声，电容则滤除
谐波。

其次是桥式整流电路，在双极PFC开关电源的设计中，桥式整流电路
一般采用三相全控整流桥以实现整流功能。

整流电路的设计需要尽可能减
小整流损耗，提高整流效率。

然后是电流控制回路，电流控制回路用于控制输出电流的大小。

双极PFC开关电源的设计中，一般采用电流模式PWM控制方式。

电流控制回路
需要提供精确可靠的电流控制信号，以确保输出电流的稳定性和精度。

接下来是输出滤波电路，它用于滤除输出端的高频噪声。

输出滤波电
路一般由电感和电容组成，电感负责滤除高频噪声，电容则滤除低频谐波。

最后是开关电源控制逻辑，开关电源控制逻辑用于实现开关管的控制
和保护功能。

开关电源控制逻辑需要根据输入电压和输出电流等参数进行
精确的控制，以实现高效能的转换和有效的保护。

除了以上几个方面的设计，双极PFC开关电源还需要考虑其他一些问题，如电源的输入电压范围、温度稳定性、过流保护、过压保护等。

考虑
到这些问题，可以设计出更加稳定和可靠的双极PFC开关电源。

总体来说，双极PFC开关电源的设计需要综合考虑输入滤波、整流、
电流控制、输出滤波和控制逻辑等方面的设计要求。

通过优化设计，可以
实现高效率和高功率因数的直流电源转换。

PFC技术整理文档原文来自《郝铭-高端电视维修培训专家》一、PFC是什么？现在进行液晶电视机和等离子电视机电路分析时、故障维修时，都经常的提到“PFC电路”一词，这在早期的电视机中是没有的，早期维修电视机的师傅从来没有接触过的，但是PFC电路是目前液晶电视机和等离子电视机中不可缺少的电路。

那么PFC到底是什么？是一项新技术？还是新电路？先简单说说PFC的定义：PFC是英文的缩语；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。

例如一台电源变压器的耗电量（输入功率）是100W，输出功率有90W,那么这台变压器的功率因数就是90W÷100W=0.9。

一个电熨斗的耗电量是300W,使用时产生的热量也为300W，那么这只电熨斗的功率因数就是300W÷300W=1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。

功率因数最大为1，不可能超过1。

这个衡量电力有效利用程度的指标，对于我们电视机的生产厂乃至电视机用户；有用吗？有必要吗？既然没有必要，电视机用户一般也没有计较过一台电视机是否充分的利用了所消耗的电量，那么电视机内部设置此电路增加了生产成本；其目的是为什么？要回答以上的问题，我们先来了解一下什么是功率因数，什么原因造成功率因数低？为什么有的电器功率因数低，有的电器功率因素就不低？有什么方法来提高（校正）功率因数，怎么知道功率因素是否达到最高（1）。

电视机的功率因数校正电路（PFC电路）是怎么回事？电视机的功率因数电路是要解决什么问题？要把这一系列的问题搞清楚才能有一个明确的认识。

要弄清楚什么是功率因素校正就必须弄清楚几个概念，这就是：有功功率、无功功率、视在功率（总功率）、功率因数；1 有功功率：任何电器设备工作时都要消耗电能并输出能量，例如我们的电饭锅、电熨斗、取暖的电热汀等，它们把消耗的电能转化成为热能，这些转化为热能的电功率都等于是做功了，就称为有功功率。

带PFC功能的150W双管正激恒流源设计一、总体性能指标：输入交流电压范围：Vac=90Vac~260Vac ，f工频=40~60Hz；PFC输出直流电压：Vin=385~400Vdc；双管正激输出电压范围：V out=32Vdc~36Vdc；额定输出电流：Iout=4.3A；额定输出功率：Pout=150W ；（4.3A，36V LED负载）整体效率：η=90% ；二、电路总框架图图1 带PFC的双管正激式LED驱动电源电路总框图三、PFC电路设计图2：UC3854BN PFC 电路原理图 3.1 PFC 性能指标：交流输入电压范围：Vac=90Vac~260Vac ， f 工频=40~60Hz ； PFC 输出直流电压：V0=385~400Vdc ； 额定输出功率：P0=240W ； 开关频率：fs=100kHz ； 效率：η=95% ； 功率因数：PF >0.95； 3.2 PFC 升压电感的选取电感在电路中有滤波、传递和储存能量的作用，其值与纹波电流和开关频率有关，如公式（1.2.1）所示。

IN S IN L s LU DT U DL I f I ==∆∆ （1.2.1） 式中D 为占空比，fs 为开关频率，Ts 为开关周期，Uin 为输入电流，△IL 为纹波电流。

①计算输入电流的最大峰值：(min)3.93pk IN I A === （1.2.2） ②计算电感电流允许的最大纹波电流△IL ，通常取线路电流最大峰值的20%，如公式（1.2.3）所示。

0.20.2 3.930.786L pk I I A ∆==⨯=（1.2.3）③计算电感电流出现最大峰值时的占空比， 如公式（1.2.4）所示。

(min)400900.68400o IN oU D U === （1.2.4）④综合以上公式可计算电感值，如公式（1.2.5）所示。

min)3900.681.1100100.786IN s LD L mH f I ⨯===∆⨯⨯（ （1.2.5）本设计实际取1mH 。

开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于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电容器用以调整其该用电器具的电压、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）。

用电容器并连在感性负载，利用其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来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（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而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V在对该用电器具供电时，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（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，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的波形畸变（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）。

设计与分析yuFenxi单级PFC反激式开关电源设计李晓晖$赵杰1苏亚东$张玉峰+郑凯-(1.皖北煤电集团有限公司，安徽淮北232097; 2.徐州凯思特机电科技有限公司，江苏徐州221116;3.中国矿业大学电气与动力工程学院，江苏徐州221116)摘要:研宄了固定关的单级P F C反 变换器，续 模相比，结构在很大度上降低了开关管的电流应力前级E M I滤波器的高次谐波应力；和平均电流控制模相比，该结构的电路结构和控制方式都比较简单，成本较低。

在对临界模 连续模 的础上，完成了对固定关 模的大，设计了系统电路，仿 机实测对理论 验。

关键词c单级;F O T;P F C;反；变压器设计;系统电路仿0引言开关电源的相关标准中对于降低电流谐波及提高功率因 数有着明确的要求，这使得P F C技术在开关电源中的应用越来 越广泛。

有源P F C技术相比于无源P F C技术具有响应快、动态 效果好等优点而受到广泛研宄。

一般含有P F C功能的开关电源 采用两级P F C结构，一级为功率因数校正级，一级为电压变换 级，两级结构导致系统结构复杂、成本较大，据此，单级P F C结 构应运而生[1—5]。

本文针对单级P F C反激式开关电的能关系进行了研宄，最后，根据这些参数给出了变 压器的设计 。

2.1 FOT控制模式工作原理2为F O T单级P F C反 变换器的系统 。

I电压！。

电路 电电压。

乘器的用构的电流准，准一电压同相的正波，为电压入电压相 。

开关的关采电的电压高于乘法器的 电压。

开关的导产生电路控制。

源，在C C M下F O T控制系统的，完成了系统的大 ，照大 的结构，设计了系统电路及变压器参数，成了系统仿，验 系统的 。

1单级PFC反激式电路基本结构1是一种单级P F C反激式变换器 的结构，于 的电 、流电电，简化了电路结构，使 变得 单。

于 采用的电，能 电压中的高谐波。

输入电压电正 。

P W M器对输入、电压采样，在 计 电流准，电流采 比较，据比较的结果 Q2的通断，成功率因数校正。

【分享】PFCLLC设计的600W开关电源调试全过程及经验讨论电源规格: AC170~265V，输出电压可调范围：90-140VDC，输出电流可调范围：0.5-4.5A，电源要求有并机均流功能，电流不平衡度小于3%。

有热插拔功能，当模块故障时、自动脱离均流母线，不影响其它模块正常均流。

具有与自动化系统连接遥控接口，提供RS485 通讯接口。

保护等更多的功能规格，详情参见阅读原文。

本文主题1、有关 LLC 的一些基本概念及其理解2、LLC 的基本工作原理。

3、本电源原理图设计思路以及考虑的问题4、磁性器件设计以及计算。

5、调试遇到的问题分享与讨论。

6、在电源行业摸爬滚打了5年了，换了一次公司，听说的以及和同行交流发现唯一不变的是降成本，电子行业产品利润越来越低，有人说在电子行业创业，比如火如荼的移动互联网难，大家觉得呢？……看似很简单的问题，未必每个人都了解的很清楚。

首先提一个LLC 启动的问题，大家觉得双谐振电容的LLC 启动是个怎样的过程？欢迎一起讨论。

与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC 是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。

它的优点是：实现原边两个主 MOS 开关的零电压开通（ZVS）和副边整流二极管的零电流关断（ZCS），通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。

学习并理解 LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：1什么是软开关LLC电路是如何实现软开关的。

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时 MOS 管的 Vds 电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即 MOS 管的导通损耗和关断损耗。

如图所示。

为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关（ZVS ）和零电流开关（ZCS）两种软开关办法。

零电压开关（ZVS）：开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。

零电流开关（ZCS）：使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。

学位论文200W开关电源设计——基于双管正激变换器摘要开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流－直流或直流—直流电能变换，通常称其为开关电源。

其功率从零点几瓦到数十千瓦，广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。

开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。

本设计的交流输入电压范围是85V～265V，输出电压24V，输出功率200W。

该设计能够同时实现输入欠压保护、输出过压保护、功率因数校正等功能。

本设计主要采用单片开关电源芯片L6562D，NCP1015和NCP1217，线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431等专用芯片以及其它的分立元件相配合，使设计出的开关电源具有稳压输出功能。

主要用到的开关电源电路拓扑有BUCK电路，BOOST电路和正激电路。

关键词：开关电源，功率因数校正，电路拓扑ABSTRACTThe switching power supply is a power conversion device for AC-DC or DC-DC conversion,which is consist of switching circuits controled by duty cycle.Its power varies from a few tenths of watts to tens of kilos watts,and it is widely used in life,production,scientific research, military and other fields.The core of the switching power supply is power electronic circuit.According to the request of steay output voltage or flow characteristics of power from the load,it can use feedback control circuit with duty cycle control method to control the switching circuit. The AC input voltage of this design ranges from 85V to 265V and the output voltage is 24V,the output power 200W.The design can simultaneously realize functions of input under-voltage protection, output overvoltage protection and power factor correction. The design mainly adopts dedicated chips ,such as single switching power supply chip L6562D, the NCP1015 and NCP1217A, a linear optocoupler PC817 and adustable precision shunt regulator control TL431 ,which is matched with other discrete components to make the switching power supply with voltage regulator output function. The main switching power supply circuit topology are Buck Circuit, the Boost Circuit and a Forward Circuit.Key words：the switching power supply,power factor correction,circuit topology目录第1章开关电源简介 (1)1.1 开关电源的发展简史 (1)1.2 开关电源的发展趋势和前景展望 (1)1.3 本文的主要工作 (2)1.3.1 基本要求 (3)1.3.2 发挥部分 (3)第2章开关电源的分类和基本工作原理 (4)2.1 开关电源的分类 (4)2.2 开关电源的基本工作原理 (4)2.3 PFC原理 (5)2.4 双管正激式变换器工作原理 (6)第3章交流输入部分电路的设计与实现 (8)3.1 原理图设计 (8)3.2 元件参数与选择 (8)3.2.1 压敏电阻 (8)3.2.2 安规电容 (8)3.2.3 泄放电路 (9)3.2.4 共模扼流圈 (9)3.2.5 整流桥和滤波电容 (9)第4章基于L6562D的连续型APFC电路设计与实现 (10)4.1 L6562D功能特点及其工作方式 (10)4.2 设计要求 (10)4.3 工作原理 (10)4.3.1 概述 (10)4.3.2 FOT峰值电流模式分析 (11)4.3.3 FOT峰值电流模式的输入电流畸变 (12)4.3.4 输入电流尖峰畸变的补偿电路 (12)4.4 原理图设计 (14)4.5 参数设计 (14)4.5.1 升压电感的设计 (14)4.5.2 确定电流取样电阻 (17)第5章基于NCP1217A双管正激变换器电路的设计与实现 (19)5.1 NCP1217A功能特点 (19)5.2 设计要求 (19)5.3 原理图设计 (19)5.4 参数设计 (21)5.4.1 变压器和输出电感的设计 (21)5.4.2 确定次级侧的整流二极管 (22)5.4.3 确定输出电容器 (23)5.4.4 脉冲驱动电路的设计 (23)5.4.5 稳压反馈电路设计 (24)第6章基于NCP1015的辅助电源设计与实现 (25)6.1 NCP1015功能特点 (25)6.2 设计要求 (25)6.3 原理图设计 (25)6.4 工作原理 (25)第7章测试报告 (26)7.1 概述 (26)7.1.1 输出电压精度 (26)7.1.2 线性调整率 (26)7.1.3 负载调整率 (27)7.1.4 工作效率 (28)7.1.5 PF值 (30)7.1.6 纹波 (31)7.2 毕设完成指数 (33)7.2.1 基本要求 (33)7.2.2 发挥部分 (33)第8章调试总结 (34)8.1.1 基于NCP1654的PFC调试 (34)8.1.2 基于NCP1217A的双管正激调试 (34)8.1.3 基于L6562D的APFC电路的调试 (34)8.1.4 联调 (35)8.1.5 心得体会 (35)参考文献 (37)附录A 原理图 (38)A.1 APFC设计部分 (38)A.2 双管正激部分 (39)A.3 交流输入部分 (40)A.4 NCP1217A设计部分 (40)A.5 辅助电源设计部分 (40)附录B 器件清单 (41)B.1 交流输入部分参数 (41)B.2 辅助电源设计部分参数 (41)B.3 NCP1217A设计部分参数 (41)B.4 APFC设计部分参数 (42)B.5 双管正激设计部分参数 (42)附录C APFC电路PCB (44)附录D 双管正激电路PCB (45)第1章开关电源简介1.1 开关电源的发展简史开关电源是相对线性电源说的。

价值工程1电源的类型及分析电子设备的电源可分为线性电源和开关电源（SMPS ）：线性电源的设计简单，而SMPS 则较复杂。

从能效方面比较，开关电源的能效等级较高（60%～95%）,线性电源的典型能效值较低（40%～55%）。

SMPS 让设计人员开发出能达到强制性能效标准的新产品。

从成本方面相比，SMPS 更复杂，成本也更高。

在某些拓扑中使用的更先进、容差更小而能效更高的组件往往要比一般性能的组件更贵。

线性电源的设计较简单，但它要使用像铁芯变压器这样的组件，需要大量的铜质线圈也会增加成本。

为了促进更节能的SMPS 电源的应用，必须降低开关电源的成本使其接近或低于线性电源的成本。

SMPS 所增加的成本是有限的，低于线性电源的增量成本。

从尺寸方面，线性电源通常比SMPS 更大、更重。

设计中如果要将电源整合到产品外壳中，线性电源不仅占用了宝贵的空间，而且其较低的能效往往会产生大量的热量，需要散热处理以确保设备更长寿和可靠。

如果是便携式产品，首选开关电源，较重的线性电源也不可取。

能效更高、体积更小而重量更轻的SMPS 代表了未来的发展方向。

2开关电源的电路设计随着开关电源等各种电力电子设备在工业及家庭中的应用日益广泛，电网的电流谐波问题也日益严重，谐波污染给系统本身和周围的电磁环境带来了一系列的危害。

因此功率因数校正（PFC ）技术成为开关电源中必不可少的环节。

同时，随着恒流稳压开关电源的功率等级不断增加,必须考虑系统的输入功率因数、效率和负载能力。

本设计中的SMPS AC/DC 系统包含两大部分：前端是带功率因数调整的AC/DC 转换器，后端是一个全桥DC/DC 转换器。

AC/DC 系统采用交错型PFC 升压控制结构，包括一个全桥整流器、2个平行交错升压PFC 电路和2个辅助开关，用于实现主开关的过零切换（ZVS ）。

软开关技术和拓扑可以克服开关过程中的损耗。

除了改善能效，半桥和全桥的拓扑还帮助提高电源转换器密度。