单级功率因数校正（PFC)变压器的设计；摘要：介绍了一种单级功率因数校正（PFC）变换器；1引言；为了减少对交流电网的谐波污染，国际上推出了一些限；为了使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因数校正；在单级功率因数校正变换器[1]中，PFC级和DC；2单级PFC变换器；单级PFC变换器的原理图如图1所示，是一种基于脉；变换器的过流保护由电阻R9检测到开关管的过
单级功率因数校正（PFC)变压器的设计
摘要：介绍了一种单级功率因数校正（PFC）变换器，重点讨论了变换器的主要设计。
为了减少对交流电网的谐波污染，国际上推出了一些限制电流谐波的标准，如IEC ，它要求开关电源必须采取措施降低电流谐波含量。
为了使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因数校正（PFC）。目前应用得最广泛的是PFC级＋DC/DC级的两级方案，它们有各自的开关器件和控制电路。这种方案能够获得很好的性能，但它的缺点是电路复杂，成本高。
在单级功率因数校正变换器[1]中，PFC级和DC/DC级共用一个开关管和一套控制电路，在获得稳定输出的同时实现功率因数校正。这种方案具有电路简单、成本低的优点，适用于小功率场合。本文介绍了一种单级PFC变换器的基本原理及其设计过程。
2单级PFC变换器
单级PFC变换器的原理图如图1所示，是一种基于脉宽调制（PWM）的变换器。变换器的PFC级采用Boost电感电路，而DC/DC级采用双管单端正激电路结构。 PWM集成芯片采用了UC3842，是一种电流型控制的专用芯片，具有电压调整率高、外围元器件少、工作频率高、启动电流小的特点。其输出驱动信号通过隔直电容，连接在驱动变压器原边。驱动变压器采用副边双绕组结构，得到两路同相隔离的驱动信号，从而实现了 DC/DC级的双管驱动。
变换器的过流保护由电阻R9检测到开关管的过流信号，封锁UC3842的输出信号，实现过流保护。电压负反馈控制由电阻R12和R13获得输出电压信号。
变换器的工作原理简述如下：当变换器接通电源时，输入交流电压整流后的直流电压经电阻R17降压后，给UC3842提供启动电压。进入正常工作后，二次绕组N3提供UC3842的工作电压（12 V）；绕组N2的高频电压经整流滤波，由TL431获得偏差信号，经光耦隔离后反馈到UC3842，去控制开关管的导通与截止，实现稳压的目的。在一个开关周期Ts内，控制Boost电感工作在不连续导电模式（DCM）下，使得输入电流波形自然跟随输入电压波形，从而实现了功率因数校正。
3变换器的设计
3.1 EMI滤波器的设计
EMI滤波器能有效地抑制电网噪声，提高电子仪器、计算机和测控系统的抗干扰能力及可靠性[2]。单级PFC变换器的PFC级工作在不连续导电模式下，其输入电流波形为脉动三角波，因此其前端需添加EMI滤波器以滤除高频纹波。
EMI滤波器电路如图1所示，包括共模扼流圈（亦称共模电感）和滤波电容。共模电感主要用来滤除共模干扰，其电感量与EMI滤波器的额定电流有关。本文中的单级PFC变换器的额定电流为1 A，取共模电感值为15 mH。滤波电容C11和C13主要滤除串模干扰，容量大致为0.01μ F～0.47 μ F。C14和C15跨接在输入端，并将电容器的中点接地，能有效抑制共模干扰，容量范围是2200 pF～0.1 μ F。
3.2功率器件的选取
变换器的开关器件一般均选用功率场效应管（MOSFET），依据输入最高电压时输出最大电流的要求来确定其电压与电流等级，并预留有1.5～2倍的电压和2～3倍的电流裕量。在单管变换器中，开关器件的电压UCEO通常可按经验公式选取
式中：Udmax为漏源极的最大电压；
D为占空比。
开关器件的电流按高频变压器一次绕组的最大电流来确定。本文中，由于采用双管电路结构，每个开关管所承受的电压为UCEO的一半，故选用耐压500 V、电流8 A的IRF840。变换器中PFC级的二极管选用了超快速恢复二极管，而DC/DC级整流输出端选用肖特基整流二极管，以减小二极管的压降。
3.3变换器电感的设计
在单级PFC变换器中，为了实现功率因数校正，通常控制PFC级的Boost电感工作在不连续导电模式；而为了提高变换器的率，DC/DC级一般采用连续导电模式，在一个开关周期内，通过L1和L2的电流如图2所示。为了使Boost电感工作于DCM，则有
式中：RL为变换器的负载电阻；
L1为Boost电感值；
Ts为变换器的开关周期；
D为占空比；
η为变换器的效率；
UC1为中间储能电容上的电压；
Uo为输出电压。
为了使得DC/DC级工作在连续导电模式下，则有
式中：L2为DC/DC级的储能电感值。
在本文中，要求Ts=8.33 μ s，D=0.2， Uo=16 V，RL=2.133 Ω，UC1=380 V。故选取L1=100 μH，L2=20μH。
功率因数校正的实验结果如图3所示。图中，第一条波形是交流输入电压经整流桥后的电压波形，第二条波形是流经Boost电感L1的电流波形，近似于正弦波。实验得到的功率因数为0.97。
3.4高频变压器的设计
高频变压器是变换器的核心元件，它的性能好坏不仅影响其本身的发热和效率，而且还会影响到变换器的技术性能和可靠性。
1） 磁芯的选用
本文的负载设计为Uo=16V，Io=7.5A，由高频变压器的二次绕组N2绕组提供。而绕组N3提供UC3842的工作电源，其输出功率很小，可忽略。由设定条件可知，高频变压器的输出功率为
给出的输出功率与磁芯尺寸的关系，选用了PQ32－30磁芯，其有效截面积为167mm2。
2） 绕组匝数的确定
变压器初级绕组电压幅值UP1为
式中：UC1是变压器输入直流电压(等于中间储能电容上的电压)；
ΔU1是变压器初级绕组的电阻压降与开关管的导通压降之和，在实际计算中可以忽略。
变压器二次绕组N2的电压幅值UP2
式中：ΔU2是变压器二次绕组的电阻压降与整流管的压降之和。
初级绕组匝数N1为
式中：f是开关频率（120 kHz）；
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开关电源中的有源功率因数校正技术
出版时间：2010-7&&出版社：机械工业出版社&&作者：贲洪奇 等 著&&页数：267&&
　　随着电力电子技术的不断进步及社会发展的需要，几乎所有电气设备的电源装置部分都采用开关电源。开关电源是为计算机、通信和家用电子设备等提供直流电源的一种电力电子装置，具有体积小、效率高、功率密度大等优点，在电源领域中已占据主导地位，获得了越来越广泛的应用，但由此产生的网侧输入功率因数降低以及谐波污染等问题也日趋严重。目前，开关电源等电力电子装置已成为最主要的谐波污染源，它迫使电力电子技术领域的研究人员要对这类问题给出有效的解决方案。　　人们最早是采用电感和电容构成的无源网络来进行功率因数校正的，但采用这种技术的设备体积庞大，对输入电流的谐波抑制效果也并不十分理想，随着电力半导体器件的发展，开关变换技术突飞猛进，20世纪80年代，有源功率因数校正（APFC）技术应运而生。到了90年代，国内外学者和科技人员相继提出了一些用于功率因数校正（PFC）的新型拓扑结构、软开关技术和新型控制方法等，使有源功率因数校正技术取得了长足发展。本书结合国内外功率因数校正技术的发展状况及研究成果，系统地介绍了无源功率因数校正（PPFC）技术和有源功率因数校正技术的基本原理、典型拓扑结构、控制策略以及：PFC电路的设计与应用技术等，以便从事开关电源开发、设计、应用和维护的技术人员，系统、全面地了解和掌握PFC技术。　　本书不仅包括APFC的经典电路结构和控制策略，而且对新出现的无桥PFC、交错并联PFC、单级：PFC等新型拓扑结构和PFC数字控制策略等新型控制方式进行了详细分析和归纳总结，并给出了部分设计实例。全书内容分11章进行论述：　　第1章绪论，主要介绍PFC的基本概念、谐波限制标准、改善功率因数和谐波的基本方法以及.PFC技术的现状和发展趋势等。　　第2章PPFC，主要介绍传统PPFC电路的特点和应用场合，并介绍几种提高功率因数的整流电路及部分滤波方式的谐波抑制方法。　　第3章、第5章、第6章和第7章分别介绍单相APFC典型电路、单级APFC电路、无桥.PFC及交错并联PFC电路的工作原理及应用。　　第8章和第9章主要介绍典型三相APFC变换器和三相单级APFC变换器的拓扑结构、工作原理及特点。
　　《开关电源中的有源功率因数校正技术》结合国内外有源功率因数校正（APFC）技术的发展和应用，对功率因数校正（PFC）技术进行了较为全面的论述。主要内容包括：无源功率因数校正（PPFC）技术、有源功率因数校正技术的典型拓扑结构和控制策略、单相单级PFC变换器、三相PFC变换器、无桥PFC电路、交错技术在PFC中的应用、PFC的数字控制技术以及PFC技术在开关电源中的应用等。　　编者力图反映国内外电力电子技术领域在APFC技术方面的进展和所取得的研究成果，以便读者系统、全面地了解和掌握。《开关电源中的有源功率因数校正技术》可供从事开关电源开发、设计及生产的相关工程技术人员和高等院校相关专业的师生阅读。
前言第1章 绪论11.1 开关电源输入整流电路形式与谐波电流11.1.1 单相交流输入开关电源11.1.2 三相交流输入开关电源21.2 功率因数和谐波21.2.1 功率因数定义21.2.2 功率因数和THD的关系31.2.3 谐波产生的危害41.2.4 谐波限制标准41.3 改善开关电源功率因数及谐波问题的基本方法61.3.1 功率因数校正实现方法61.3.2 功率因数校正方案对比81.3.3 在开关电源中实施功率因数校正的意义91.4 APFC电路与DC/DC变换器的主要区别101.5 PFC技术的现状和发展趋势10参考文献12第2章 PPFC电路132.1 传统无源LC滤波电路132.2 提高功率因数的几种整流电路15.2.2.1 采用充电泵电路152.2.2 采用非线性电容电路162.2.3 倍电压整流电路182.3 部分滤波方式的高次谐波抑制方法202.3.1 1/N滤波型202.3.2 能量反馈型232.3.3 充电量控制型242.3.4 部分升压方式高次谐波抑制电路26参考文献27第3章 APFC典型拓扑结构293.1 基于Buck电路的PFC变换器293.1.1 工作原理及模态分析293.1.2 输入电流分析313.1.3 输入功率因数及THD313.2 基于Boost电路的PFC变换器333.2.1 工作原理及模态分析333.2.2 输入电流分析343.2.3 输入功率因数353.3 基于Buck-Boost电路的PFC变换器363.3.1 工作原理及模态分析363.3.2 输入电流分析373.4 基于Cuk、Sepic和Zeta电路的PFC变换器383.4.1 工作原理及模态分析393.4.2 输入电流分析413.5 基于Flyback的PFC变换器423.6 基于Sepic的带隔离变压器的PFC变换器433.6.1 工作原理及模态分析433.6.2 输入电流分析44参考文献45第4章 APFC的控制策略464.1 常用的CCM控制策略464.1.1 峰值电流控制464.1.2 平均电流控制474.1.3 滞环电流控制484.1.4 脉动电流面积控制494.2 DCM控制策略494.2.1 恒频控制504.2.2 变频控制504.3 新型非线性控制策略514.3.1 单周期控制514.3.2 滑模变结构控制624.3.3 空间矢量PWM控制634.3.4 无差拍控制64参考文献65第5章 单相单级PFC变换器665.1 单相单级PFC变换器的发展历程665.2 典型单相单级PFC变换器拓扑结构675.2.1 PFC（DCM）+DC/DC（DCM、CCM）组合方式675.2.2 PFC（CCM)+DC/DC（DCM、CCM）组合方式685.2.3 并联型单级PFC(PPFC)变换器695.2.4 单级全桥PFC变换器705.2.5 有源钳位和软开关技术的应用715.3 带抽头电感的单级PFC变换器715.3.1 电路构成725.3.2 工作原理和模态分析725.3.3 仿真和实验结果745.4 有源钳位PFC变换器775.4.1 电路结构和工作原理775.4.2 软开关条件及电路特性分析815.4.3 控制电路设计835.4.4 仿真和实验结果855.5 单级全桥PFC变换器875.5.1 电路结构与功率因数校正原理875.5.2 工作模态分析885.5.3 实验结果分析915.6 并联型高效率PFC变换器935.6.1 并联型变换器提高效率的原理935.6.2 传统并联型PFC变换器945.6.3 改进的并联型PFC变换器955.7 变换器数学模型的建立和仿真分析985.7.1 扩展状态平均法985.7.2 等效电路模型及状态方程的导出995.7.3 数学模型的建立 仿真分析103参考文献105第6章 无桥PFC电路1066.1 基本型无桥BoostPFC 基本型无桥BoostPFC电路的工作原理 基本型无桥BoostPFC的采样电路1086.2 无桥BoostPFC的EMI分析和抑制方法 相对电位分析法 模型分析法 EMI抑制措施1156.3 无桥BoostPFC的其他拓扑结构 图腾式无桥BoostPFC电路 伪图腾式无桥BoostPFC电路 双向开关型无桥BoostPFC电路 双二极管式无桥BoostPFC电路1206.4 无桥BoostPFC的电路模型 电路的大信号模型 电路的小信号模型1246.5 无桥BoostPFC的控制策略 模拟控制 数字控制 部分有源PFC控制1326.6 无桥BoostPFC的软开关技术1336.7 无桥单级电子镇流器 开关管复用结构的无桥单级电子镇流器 电荷泵结构的无桥单级电子镇流器137参考文献139第7章 交错技术在PFC中的应用1427.1 交错并联PFC电路 交错技术简介 交错并联PFC电路结构1427.2 交错并联BoostPFC电路的特性分析 输入电流纹波分析 输出电容电流纹波分析 交错并联结构对PFC电感的影响1487.3 交错并联PFC的控制策略和实现方式 控制策略 实现方式1507.4 交错并联PFC电路设计实例 参数设计 实验结果160参考文献161第8章 三相两级APFC电路1638.1 三相单开关APFC电路 三相单开关BoostAPFC电路 其他三相单开关APFC电路1718.2 三相多开关APFC电路 三相双开关APFC电路 三相三开关APFC电路 三相四开关APFC电路 三相六开关APFC电路1828.3 由单相APFC组成的三相APFC电路 由三个单相APFC在输出端并联组成的三相APFC电路 由带隔离DC/DC变换器的单相APFC组成的三相APFC电路 将三相电压变成两相后再并联组成的三相APFC电路1878.4 数字化三相APFC 三相单开关数字APFC 三相六开关数字APFC 三电平三相数字APFC189参考文献190第9章 三相单级APFC电路1929.1 基于反激式拓扑的三相单级APFC电路 三相单开关反激式APFC电路 变压器和二极管桥分离的三相单开关反激式APFC电路 三相双开关反激式APFC电路 开关缓冲及软开关电路1979.2 三电平三相单级APFC电路 电路结构及工作原理 软开关实现范围 电流断续条件2079.3 基于全桥拓扑的三相单级APFC电路 基于移相控制的三相单级全桥APFC电路 基于伪相移控制的三相单级全桥APFC电路 基于有源钳位技术的三相单级全桥APFC电路2139.4 其他三相单级APFC电路 基于双向开关的能量双向流动三相单级APFC电路 双开关三相单级APFC电路 同步四开关三相单级APFC电路 由单相APFC组成的三相单级APFC电路220参考文献222第10章 PFC的数字控制技术22410.1 PFC数字控制技术概述22410.2 PFC数字控制策略 平均电流控制策略 带前馈的平均电流控制策略 占空比预测控制策略22710.3 PFC数字控制的实现方式 基于DSP的PFC数字控制方式 基于FPGA的PFC数字控制方式 基于多核芯片的PFC数字控制方式23310.4 快速动态响应PFC数字控制算法 电压环带宽设计原则 电压环带宽对输入输出谐波的影响 快速动态响应PFC数字控制算法239参考文献241第11章 APFC技术在开关电源中的应用24311.1 单级APFC技术在直流阀驱动电源中的应用 主电路结构 功率因数校正原理 软开关的设计与实现 控制电路设计 实验分析24811.2 PFC技术在“绿色照明”电源中的应用 PFC技术在电子镇流器中的应用 APFC技术在LED驱动电源中的应用25211.3 APFC技术在不间断电源（UPS）中的应用 拓扑结构 工作原理 主要参数设计 控制方式与实现25811.4 单周期控制策略与无桥PFC电路在开关电源中的应用 电路构成与控制策略 单周期控制的抗扰动能力分析 PFC电路相关参数设计 实验分析26311.5 三相APFC技术在大功率焊接电源中的应用 电源结构 APFC级构成及工作原理 软开关设计及实现265参考文献266
　　根据电路控制规律可知，在输入电压突变时，相对于电路瞬态过程来说，输入等效电阻的变化非常缓慢和微小。在每一周期控制电路均按前述推导的控制方程进行动作，而此控制方程是基于输入阻抗为恒定纯电阻的假设得到的，满足这一方程，即可使输入电流与输入电压时时同相位。因此，在输入电压变化时，电路无瞬态过渡过程而在任意周期实现输入电流跟随输入电压，即实现了很好的连续功率因数校正功能。　　负载扰动抑制：当输入电压恒定时，负载变化可等效为负载电流的变化，从而直接影响检测电流，因此对于负载变化，是由PI调节器调节控制电压的同时，与电流的变化共同调整以保持输出电压的恒定。因此响应快，稳定性好，输出端电压基本无明显变化。　　11.4.3 PFC电路相关参数设计　　1.功率器件选择根据前面章节对无桥PFC电路工作原理的分析，当功率开关管导通时，与其同一桥臂上的二极管反向截止，流经开关管的电流为电感电流，二极管上的反向电压为输出电压；当功率开关管关断时，与其同一桥臂上的二极管正向导通，开关管上的电压为输出电压，流经二极管的电流为电感电流。因此，在选择功率开关管和二极管时，其额定电压必须大于输出电压，额定电流必须大于电感电流的最大值。
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基于UC3845芯片设计功率因数校正电路
时间： 06:59 来源：电路图之家 作者：编辑部
功率因数校正电路
UC3845有16个Pin,其各脚功能如下:1)GND 接地端；2)PKLMT峰值限制端；3)CAOUT电流放大器CA输出端；4)ISENSE 电刘检测端；5)Mult Out乘法器输出端；6)JAC输入电流端；7)UA Out 电压放大器UA输出端,内部接乘法/除法器输入端,外部接RC反馈网络；8)URMS有效值电源电压端,内部经平方器接乘法/除法器输入端,起前馈作用,URMS的数值范围为1.5~4.77v；9)REF基准电压端,产生7.5V基准电压；10)ENA起动端；11)USENSE输出电压检测端,接电压放大器UA的输入负端；12)RSET外接电阻RSET端,控制振荡器充电电流及限制乘法/除法器最大输出；13)SS软起动端；14)CT外接电容CT端,CT为振荡器定时电容,使产生振荡频率为f=1.25/RSET*CT；15)Vcc集成电路的供电电压Vcc,额定值22V；16)GTDRV 门极驱动端,通过电阻接功率MOS开关管门极,该端电位钳在15V。
如图6所示，输入交流电经CT2，电感L1、L2，整流桥BR02、VM1A、U305、U10组成升压斩波电路，在电容C320、C332、C334、C338及C313、C321、C333、C335上产生&370V的BUS电压作为逆变器输入，经逆变器的转换，产生正弦交流输出。与此同时，UC3854将检测市电电流和市电电压，对功率元件进行控制，使输入电流的波形与电压波形相近，相位相同，以提高输入功率因数，避免对电网产生谐波干扰。稳定的DC BUS有助于稳定交流输出电压，因此要特别注意DC BUS电压的稳定和准确。本机由CNTL直接根据输入交流电压的高低和当前&BUS电压高低进行控制，不需人工调整DC BUS电压。更多公众号：YHTPOWER您身边的电源方案解决专家最新文章相关推荐搜狗：感谢您阅读功率因数校正技术，本文可能来自网络，如果侵犯了您的相关权益，请联系管理员。QQ:}