跟我学系列之一,CCM模式APFC电路设计

第一章绪论1.1 选题背景和意义随着全球工业化进程的加剧，以石油为主的能源短缺问题开始逐渐凸现，当前，能源短缺和排放法规越来越严格是汽车工业发展的两大挑战，也是汽车技术不断发展的重要推动力。

电动车以其节能、环保的特点，受到广泛关注。

全球各个国家都把电动车的发展放到重要的战略地位，各国都在致力于清洁，环保的电动车的研制开发。

为了推动电动车的产业化进程，电动车相关技术也得到国内外的广泛重视。

对于电动车来说，车载电源是其不可或缺的重要装置，而车载电源已被列入“十五”、“863”电动车重大专项中。

车载电源是以现代开关电源技术为基础的，广义地从电网给电源供电的角度看，大部分开关电源可以认为是市电带的非线性负载，会在电网中产生大量的电流谐波。

这个谐波属于无功功率，会在电网中往复流动却不做功，消耗着大量的功率从而严重影响电网效率和运行安全，造成巨大能源浪费和经济损失。

解决这个问题的最根本办法就是将所有的用电设备设置为电阻性负载，使得无功输入功率尽可能的减小。

随着电动车的不断推广，充电电源越来越得到大规模的使用。

因此，大量电动车用充电电源工作时对电网的污染将不容忽视。

针对高次谐波问题，从上世纪九十年代初，各国开始以立法形式来限制电网高次谐波，传统的开关电源都在限制之列。

抑制和消除谐波，提高功率因数已成为当今国内外电源界的重要课题。

事实上，开关电源的有源功率因数校正技术(Power Factor Correction technique, PFC技术)引起了国内外许多学者的重视，功率因数校正技术可以调节电网的输入特性，使得输入功率有功最大化，令开关电源成为电网的纯阻性负载，可以使电网效率最大化，提高运行安全，保护敏感设备。

近几年来，国内外科研人员在PFC的原理、方法、电路拓扑、控制技术等方面也取得了许多成果。

因此PFC技术作为一种绿色能源技术被广泛推广。

随着PFC技术的推广，许多工业开关电源与家电的前端都采用了功率因数校正PFC预调节器。

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。

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）
基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计
年 级:2005 级 学 号:20051623 姓 名:张圣恒 专 业:电气工程及其自动化 指导老师:何晓琼
2009 年 6 月
西南交通大学本科毕业设计(论文) 院 系 年 级 题 目 指导教师 评 语 电气工程学院 专 业 2005 级 姓 名 基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计
完成日期：
基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计 电力电子装置的谐波污染和功率因数问题已经被广泛重
1、 本论文的目的、意义
视，针对谐波污染和功率因数问题，许多国家和地区已制定了相关的标准和规定， 以 限制谐波的危害，净化电磁环境。为满足应用的需求，功率因数校正技术在越来越多 的电力电子装置中采用，因此，功率因数校正技术已成为当今电力电子技术领域的研 究热点，并出现了一系列用于功率因数校正的控制芯片。本文要求在对功率因数校正 技术和基本原理充分了解的基础上， 对基于电流连续模式的功率因数校正控制方法进 行研究，按照给定的设计指标对电路进行设计，并对设计结果进行仿真，并采 用 NCP1653 控制芯片完成原理图并制作电路板，同时进行电路板的调试与测试，最后对 整个设计进行总结。 2、学生应完成的任务 （1）了解功率因数校正技术的发展现状及应用特点； （2）分析采用 BOOST 变换器的有源功率因数校正原理和应用情况； （3）分析有源功率因数校正的控制方式； （4）对 CCM 和 DCM 两种控制方式进行比较； （5）分析 NCP1653 芯片的原理与应用特性； （6）按照给定参数指标对主电路进行设计； （7）对设计结果进行仿真分析验证； （8）采用 NCP1653 控制芯片设计原理图和绘制电路板 （9）对电路板进行调试和测试； （10）对设计合理性进行分析总结

16 Emerson Confidential
峰值电流控制的双级式APFC
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。
其中1脚为反馈电压输入端
低压电源部分有欠压封锁，其回差电压为3V；
采用图腾柱输出，有较大的输出电流，可驱动MOS功率管；
集成电路的启动电流及工作电流小、功耗小、效率高。
19 Emerson Confidential
DCM/CCM 临界模式的APFC实现思想
基本实现思想是峰值电流控制和零电流检 测。工作原理为：检测电感电流，与基准 相比较，当电流达到正弦基准电流（为输 入电压信号与电压环误差放大器输出的乘 积）时，产生一个关断信号断开MOSFET， 随之电感电流下降，当电路检测到这一电 流过零时，产生一个开通信号开通MOSEFT ，从而保持电感电流始终工作于连续和断 续的临界状态。其中电压误差放大器的增 益带宽为10-20Hz，远小于输入全波整流 电压的频率100Hz，所以电压误差放大器 的输出Ve基本恒定。这样，Ve与输入全波 整流电压Vac相乘所得的电流基准信号 Iref就是一个与Vac 相似的正弦信号。当 电感电流的峰值跟随Iref且工作与临界连 续状态时，电感电流的平均值就是一个与 Vac 相似的正弦电流。
0.5Vm
IAC
t(ms)
7 Emerson Confidential
有源功率因数校正（APFC） ◤在负载即电力电子装置本身的整
流器和滤波电容之间增加一个功率 变换电路，这就是有源功率因数校 正（Active Power Factor Correction，简称APFC）电路，它 将整流器的输入电流校正成为与电 网电压同相位的正弦波，消除了谐 波和无功电流，因而将电网功率因 数提高到近似为1◢