PFC电源设计
经典PFC电感设计
经典PFC电感设计经典PFC（功率因数修正技术）是一种广泛应用于交流-直流电源和其他电力设备中的电力电子设计技术。
通过使用PFC电感，可以提高系统的功率因数，减少对电网的污染，提高能源利用率和系统效率。
本文将详细介绍PFC电感的设计原理、参数选择和设计要点。
一、设计原理PFC电感用于交流-直流电源中，主要用于升压电路和整流电路之间，用于储存电能和平滑电流。
在PFC电感的设计中，主要考虑两个因素：电感的大小和电感的漏感。
1.电感的大小电感的大小决定了能够存储的电能量。
在PFC电感中，通过存储电能可以提高系统的功率因数。
当输入电压为正弦波时，PFC电感会将准直的电流提供给负载。
电感的大小越大，储存的电能越多，功率因数修正效果越好。
2.电感的漏感电感的漏感是指电流通过线圈时产生的磁场，但未传输到负载的部分。
漏感会导致能量损失和系统效率的降低。
因此，在设计PFC电感时，需要减小漏感的影响，提高系统的效率。
二、参数选择在设计PFC电感时，需要选择合适的参数值，包括电感值、电感电流、电感漏感和磁芯材料等。
1.电感值电感值的选择需要根据具体的应用需求和系统规格来确定。
较大的电感值可以提高功率因数修正效果，但也会增大电感的体积和成本。
因此，需要进行合理的权衡和选择。
2.电感电流电感电流是指通过电感的最大有效电流。
电感电流的选择需要根据系统的负载电流和设计的安全裕量来确定。
过大的电感电流可能导致电感过热和损坏，而过小的电感电流可能无法满足系统的需求。
3.电感漏感电感漏感的选择需要在满足系统要求的前提下尽可能减小，以提高系统的效率和能源利用率。
通过合理的线圈设计和磁芯材料选择，可以减小电感的漏感。
4.磁芯材料磁芯材料的选择对于电感的性能和效率有重要影响。
常用的磁芯材料包括磁性软铁、铁氧体和钕铁硼等。
根据具体的应用需求和频率要求，选择合适的磁芯材料可以提高电感的性能和效率。
三、设计要点在PFC电感的设计中1.电感的布局：合理的线圈布局和结构设计可以减小电感的漏感，提高系统的效率。
单相PFC电源课程设计
单相PFC电源课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解单相PFC电源的基本原理，掌握其电路构成及工作过程。
2. 学生能够解释单相PFC电源中功率因数的概念，了解其对电网的影响。
3. 学生能够掌握单相PFC电源的主要性能指标，如效率、谐波含量等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并设计简单的单相PFC电源电路。
2. 学生能够利用仿真软件对单相PFC电源进行模拟，观察其性能表现。
3. 学生能够通过实际操作，搭建并调试单相PFC电源实验装置，提高实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习单相PFC电源，培养对电力电子技术的兴趣和热情。
2. 学生在团队协作中，学会沟通与交流，培养合作精神。
3. 学生能够认识到单相PFC电源在节能环保方面的重要性，树立绿色能源意识。
课程性质：本课程为电子技术专业课程，旨在帮助学生掌握单相PFC电源的基本原理和设计方法。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立设计并实现单相PFC电源。
二、教学内容1. 单相PFC电源的基本原理- 功率因数的概念及其在电网中的作用- 单相PFC电源的电路构成及工作原理2. 单相PFC电源的性能指标- 效率、谐波含量等性能指标的定义及计算方法- 不同电路结构对性能指标的影响3. 单相PFC电源的设计方法- 主电路参数计算与选择- 控制策略及控制电路设计4. 单相PFC电源的仿真与实验- 仿真软件的应用与实践操作- 实验装置的搭建与调试5. 单相PFC电源的应用案例分析- 典型应用场景及解决方案- 节能环保效果分析教学内容安排与进度：1. 第1周：单相PFC电源的基本原理2. 第2周：单相PFC电源的性能指标3. 第3周：单相PFC电源的设计方法4. 第4周：单相PFC电源的仿真与实验5. 第5周：单相PFC电源的应用案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中第3章“单相PFC电源”相关，涵盖了该章节的主要知识点，为学生提供了系统的学习和实践指导。
大功率电源PFC设计
大功率电源PFC设计引言：大功率电源的设计一直是电子工程师们所面临的挑战之一、在这个数字化时代，对电力的需求越来越大，从家用电器到工业设备，都需要高效稳定的电源来提供电能。
功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）技术是目前广泛应用于大功率电源设计中的一种技术，它能够改善电源的功率因数，提高效率。
一、功率因数校正技术的基本原理功率因数是指电流与电压之间的相位差。
在普通的电源中，由于负载的非线性特性，电流与电压之间产生相位差，导致功率因数较低，使得电网效率降低，产生谐波污染，甚至引发设备损坏等问题。
功率因数校正技术的基本原理是通过改变输入电流的波形，使得电流与电压之间保持同相，从而提高功率因数。
常见的功率因数校正技术包括有源功率因数校正（Active PFC）和无源功率因数校正（Passive PFC）。
在大功率电源设计中，有源功率因数校正是最常用的技术。
它通过添加一个变流器，对输入电流进行控制以实现功率因数校正。
与无源功率因数校正相比，有源功率因数校正具有更高的效率和更好的谐波抑制能力。
二、大功率电源PFC设计的关键问题1.输入电流波形控制在大功率电源的PFC设计中，关键问题之一是如何控制输入电流的波形，使其与电压同相。
通常采用的方法是使用PWM（脉宽调制）控制技术，在变流器中加入一个前级桥路，通过调整桥路的电流开关管的导通时间，控制输入电流的波形。
2.谐波抑制大功率电源设计中的另一个关键问题是谐波抑制。
由于非线性负载的存在，电源输出的电流中会产生谐波成分，这些谐波会对电网和其他设备造成干扰。
为了抑制这些谐波，一种常见的方法是在PFC电路中使用输出滤波器，用于滤除谐波成分。
3.效率优化大功率电源设计中的效率优化也是一个重要的考虑因素。
由于功率因数校正技术的引入，大功率电源的效率得到了显著提高，但仍然需要进一步的优化。
在设计中应注意选择高效率的元器件，合理布局电路板，提高散热效果等。
第8章PFC原理及设计实例
第8章PFC原理及设计实例
PFC (Power Factor Correction) 是一种用来提高电力系统功率因数的技术。
功率因数是指电流和电压之间的相位差，用来衡量电能有效利用的程度。
功率因数为1意味着电流和电压完全同相位，实际上就是全部的电能被有效利用，没有能量浪费。
而功率因数小于1则表示有一部分电能被浪费。
PFC技术的目标是使功率因数尽可能地接近于1，减少能量的浪费。
PFC电路一般采用开关电容器，通过调整电感使电流和电压保持同相位，达到功率因数的提高。
PFC技术用于各种电力系统，比如电源适配器、电机驱动器、照明系统等。
PFC的设计实例可以参考以下情况：以一个电源适配器为例。
电源适配器是将交流电转换为直流电的设备，常用于电子产品如笔记本电脑、手机等。
在没有PFC的情况下，电源适配器的功率因数可能很低，导致能量的浪费和电网的压力增加。
在设计PFC电路时，首先需要选择适当的拓扑结构，常见的有Boost 拓扑、Flyback拓扑等。
然后，需要根据输入电压和输出功率来选择适合的电感、电容和开关管的参数。
此外，还需要根据具体需求选择合适的控制策略，如连续导通模式和断续导通模式。
在实际应用中，PFC电路还需要考虑到潜在的电磁干扰和过冲问题。
为了解决这些问题，可以采用滤波器和过压保护电路等措施。
总而言之，PFC技术是提高电力系统效率、减少功耗的重要手段。
设计PFC电路需要考虑电路结构、元件选择和控制策略等因素，以满足实际
需求。
PFC的应用可以在各种电力系统中实现，从而提高电能利用率，减少能源浪费。
pfc设计的实例
pfc设计的实例PFC设计实例：智能家居系统引言：随着科技的快速发展，智能家居系统成为了现代家庭生活的新趋势。
PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）技术在智能家居系统中发挥着重要的作用。
本文将以智能家居系统为例，介绍PFC 设计的实例。
一、智能家居系统的需求智能家居系统旨在提供便利、舒适、安全和节能的居住环境。
它包括智能照明、智能安防、智能家电等多个子系统。
这些子系统需要稳定可靠的电源供应，而PFC技术能够提供高效、稳定的电源输出。
二、PFC技术在智能家居系统中的作用1. 提高功率因数：传统电源设备的功率因数往往较低，会导致电网负荷加重，降低能源利用效率。
而使用PFC技术的电源设备能够提高功率因数，减少电网负荷，降低能源消耗。
2. 减少电网污染：传统电源设备会引起电网污染，产生谐波和干扰，影响其他电器设备的正常工作。
而PFC技术能够减少电网污染，保持电网的稳定运行。
3. 提高系统效率：PFC技术能够提高电源的效率，减少能量损耗，使智能家居系统更加节能环保。
三、智能家居系统的PFC设计实例以智能照明子系统为例，介绍PFC设计的实例。
1. 设备选型：根据智能照明子系统的功率需求和输入电压范围，选择合适的电源设备。
一般情况下，选择具有PFC功能的开关电源作为智能照明子系统的电源。
2. PFC电路设计：PFC电路是PFC技术的核心，其作用是校正电源输入电流，提高功率因数。
PFC电路一般采用整流器和滤波器的结合，常见的PFC电路有两级式和单级式。
3. 控制策略设计：为了提高PFC电路的控制精度和稳定性，需要设计合适的控制策略。
常用的控制策略有边界模式控制（BCM）和平均电流模式控制（ACM）等。
4. 电源保护设计：智能照明子系统需要具备过流保护、过压保护、短路保护等功能，以确保系统的安全可靠运行。
PFC电路也需要相应的保护设计，如过流限制、过压保护等。
5. 效果验证：设计完成后，需要对PFC电路进行效果验证。
电源设计之PFC电感计算
电源设计之PFC电感计算PFC（Power Factor Correction）电感是电源设计中非常重要的一个部分。
它用于提高电源的功率因数，减小谐波产生以及减小对电网的负担。
在PFC电感的设计中，需要考虑一些关键因素，如电流、功率因数和电感值等。
接下来将详细介绍PFC电感的计算方法。
PFC电感的计算通常分为两步：选择合适的电感值和计算电感的尺寸。
首先，选择合适的电感值。
电感的值决定了电流的波形和谐波成分。
对于PFC电源，一般采用谐振电流型的PFC，即电流波形为三角波。
在三角波的情况下，谐波成分比较低，可以满足电网对谐波的限制要求。
因此，可以基于谐振电流型的PFC电感进行设计。
为了选择合适的电感值，需要提前确定一些参数，如输入电压、输出功率和开关频率等。
其中，开关频率是一个重要的参数，它决定了电感的尺寸以及其他参数的选择范围。
一般选择的开关频率为50kHz到200kHz之间。
选择合适的电感值需要满足以下几个条件：1. 确定输入电压和输出功率，计算所需的输入电流（Iin）。
2.选择合适的谐波限制（THD），一般要求小于5%。
3.计算电感（L）的值，可以使用以下公式进行计算：L = (Vin × (1 - THD/100))/(Iin × f)其中，Vin表示输入电压，THD为谐波限制，Iin为输入电流，f为开关频率。
选择合适的电感值后，接下来需要计算电感的尺寸。
电感的尺寸计算需要考虑的因素有一下几个：1. 电流密度：根据电流密度选择合适的线径，一般为3-6A/mm22. 最大电流（Imax）：根据电流密度和输入电流计算最大电流，Im ax = (Iin × (1 + THD/100))/(1 - D)其中，D为占空比。
3. 线圈长度（Lc）：根据最大电流和线径计算线圈长度，Lc =Imax/(J × B)其中，J为电感线径的电流密度，B为线圈填充因子，一般取0.4-0.6之间。
PFC电源设计解读
PFC电源设计解读PFC（Power Factor Correction）电源设计是一种用于提高电源系统功率因素的技术。
它通过使用适当的电路和元件来调整输入电流和输出电流之间的相位差，从而使功率因素接近1、PFC电源设计主要用于交流电源系统，尤其是高功率应用，如电子设备、工业设备和电机控制系统。
在传统的电源系统中，电源会产生一定的谐波电流，这些谐波电流会导致功率因素降低。
而PFC电源设计通过加入特定的电路来减少或消除这些谐波电流，从而提高功率因素。
PFC电源设计通常使用的电路包括整流电路、滤波电路和功率因素校正电路。
PFC电源设计的核心是整流电路。
整流电路的作用是将交流电转换为直流电，常见的整流电路有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。
整流电路的设计应注意选择合适的元件和适当的工作频率，以减少功率损耗和谐波电流。
滤波电路也是PFC电源设计的重要组成部分。
滤波电路用于滤除整流电路输出的脉动电压和谐波成分，以获得更纯净的直流电。
常见的滤波电路包括电感滤波器和电容滤波器。
电感滤波器通常用于滤除高频噪声，而电容滤波器主要用于平滑直流电压。
功率因素校正电路是PFC电源设计的关键部分。
功率因素校正电路的作用是调整输入电流和输出电流之间的相位差，使功率因素接近1、常见的功率因素校正电路包括主动功率因素校正（APFC）电路和无源功率因素校正（RPFC）电路。
APFC电路通过使用反馈控制和修正电路来实现功率因素校正，而RPFC电路则通过使用电容器和电感器等元件来实现功率因素校正。
PFC电源设计的优点是可以提高电源系统的功率因素，减少谐波电流，降低电网负载，提高电源效率。
同时，PFC电源设计还有助于减少电网压降和电源系统的散热，延长电子设备的寿命。
此外，PFC电源设计还可以满足国际标准对于功率因素和谐波的要求，提高产品的市场竞争力。
然而，PFC电源设计也存在一些挑战和限制。
首先，PFC电源设计需要考虑电源系统的设计复杂性和成本。
pfc电源设计与电感设计计算
pfc电源设计与电感设计计算PFC电源设计与电感设计计算引言：PFC（Power Factor Correction）电源设计是现代电源设计中的重要环节之一。
PFC技术的应用可以提高电源的功率因数，减少电网对电源的谐波污染，提高能源利用效率。
而电感是PFC电源中的关键元件之一，起到滤波、储能和矫正功率因数的作用。
本文将从PFC电源设计和电感设计两个方面进行详细介绍和计算。
一、PFC电源设计1. PFC电源的原理PFC电源是通过控制开关元件的通断来调整输入电源的电流波形，使其接近正弦波，并与输入电压保持同相，从而提高功率因数。
常用的PFC电源有两种基本拓扑结构：Boost型和Flyback型。
2. PFC电源设计的要点（1）选择合适的开关元件：开关元件通常选择MOSFET或IGBT，需要考虑其导通损耗、开关损耗和开关速度等因素。
（2）选取合适的电容：电容的容值应根据电流纹波、输出功率和电压波动等参数进行合理选择。
（3）设计控制电路：控制电路通常采用反馈控制，需要根据输入电压和输出电压进行控制，以实现稳定的工作状态。
（4）滤波电路设计：滤波电路的设计需要考虑输入电流的谐波成分和输出电压的纹波，选择合适的滤波电感和滤波电容。
3. PFC电源设计计算（1）功率因数计算：功率因数是一个衡量电源能量利用效率的重要指标，计算公式为功率因数=有功功率/视在功率。
（2）电流纹波计算：电流纹波是指输入电流的纹波大小，通常要求小于输出电流的10%。
（3）电容选取计算：根据电流纹波、输出功率和电压波动等参数，通过计算得到电容的容值。
（4）滤波电感选取计算：根据电流纹波和滤波电容的容值，通过计算得到滤波电感的值。
二、电感设计计算1. 电感的作用电感在PFC电源中的作用主要有三个方面：滤波、储能和矫正功率因数。
滤波电感可以减小输出电压的纹波，提高输出电压的稳定性；储能电感可以存储电能，平衡输入和输出功率；矫正电感可以改善电源的功率因数，提高能源利用效率。
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升压变压器设计
最大交流输入电流： Iin（max）=Pout/（η×Vin（min））） Pout：APFC调整器的输出功率（W）； η：变换器的效率； Vin（min）：最低交流输入电压（V）； Iin（max）：最大交流输入电流（A）
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初级峰值电流
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举例计算
计算一个变压器： Pout=100W，η=95%， f=50KHz，Vout=400V（DC） Vin（min）= 120V（AC）， Vin（max）=260V（AC）， 计算变压器上面所说的参数
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实际计算
最大交流输入电流： Iin（max）=Pout/（η×Vin（min）））= 100/（0.95 ×120）=0.88A 初级电感峰值电流： Ilp（max）= √2 ×Iin（max）= √2 ×0.88=1.24A 初级电感量： Lp=2 ×（((Vout/ √2 )-Vin) × Vin2）/(Vout ×Vin(min) ×Ilp(max) ×f) =2 ×（（400/ √2）-260） ×2602/（400 × 120 × 1.24 × 50 × 103）=1.04（mH）
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电网失真示意图
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功率因数
线路上的功率因数为有功功率与视在功 率之比，即： λ=P/S=cosφ λ：功率因数；P：有功；S：无功。 视在功率S等于有效电压Vrms和有效 电流Irms的乘积： S= Vrms× Irms
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总谐波畸变（THD）
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有源功率因数校主要特点
APFC电路置于桥式整流器与滤波电容之间，是 一种DC/DC变换器，其输出形式多种多样（升 压、降压及升降压等），由于升压型APFC电路 在一定输出功率下可以较少输出电流，这样可 以减小输出滤波电容的容量和体积，目前开关 电源大都采用这种形式的APFC； APFC可以采用不同的方法进行控制，按电感扼 流圈有无储存电流来分为：连续传导模式 （CCM）和不连续传导模式（DCM），前者 用于输出大功率场合，后者适合于200W以下 的中功率APFC电源；
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升压型
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降压型
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升降压型
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升压预整流器型（APFC）优点
能有效地抑制输入电源电流的谐波失真，能达到谐波 电流畸变指标要求； 能把系统功率因数提高到几乎等于1的水平，完全满足 各国功率因数和总谐波含量的要求； 输出直流电压纹波低； 输入交流电压范围大（85~165V），输出稳定； 消除了浪涌电压及尖峰电压对电路元件的冲击，提高 了开关电源的可靠性和安全性，有力地延长了开关电 源的使用寿命。 APFC的开关电源适用于500W的负载，这种开关电源 经常在电力电子设备的预调节器上使用。
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UC3902外电路设计计算
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计算参数的决定和分析
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计算参数的决定和分析
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模块均流精度
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结束语
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变压器的铜损
变压器铜损 Kg ＝（Ω/Pcu）×（Lp×Ilp2/Bmax）2 =（1.724 ×10-8/1.5）×（1.04 ×10-3 ×1.242/0.15）2=1.3 ×10-12（m5） 而K`g ＝K ×Aw ×Ae/Lw =0.36 ×（60.4 × 1132/56.2 × 1015） =4.94 ×10-12（m5） 选用PQ2620，Aw=60.4mm2，Ae=113mm2， Lw=56.2mm
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变压器参数计算
初级匝数为Np为： Np=（Lp ×Ilp（max））/（Bmax × Ae） 线圈磁导线截面积Swire： Swire=K ×Aw/Np（mm2） 磁芯的气隙Lg为： Lg=4 ×3.14 ×10-7 ×Np2 × Ae/Lp 次级匝数Ns为： Ns=Np ×Vs/Pout
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UC3902说明
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UC3902内部框图
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UC3902内部结构说明
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UC3902外电路说明
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UC3902外电路设计
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UC3902外电路设计计算
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UC3902外电路设计计算
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功率因数校正的基本原理
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有源功率因数校正示意图
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功率因数校正的基本原理
功率因数校正分为无源功率因数校正PPFC和有 源功率因数校正APFC（Advantage Power Factor Correction） 主电路包括整流器（BR），开关管（S），输 出二极管（D）以及滤波电容（C）等，主电路 和控制电路组合成功率因数校正器。 控制电路包括电压误差放大、基准电压、电流 误差放大流乘法器和驱动器。
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变压器参数计算
磁芯的气隙Lg为： Lg=4 ×3.14 ×10-7 ×Np2 × Ae/Lp = 4 ×3.14 ×10-7 ×762 × 113/1.04 =0.78（mm） 次级匝数Ns为（设Vs为15V）： Ns=Np ×Vs/Pout =76 ×15/400=3（匝）
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变压器参数计算
初级匝数为Np为： Np=（Lp ×Ilp（max））/（Bmax × Ae） =（1.04 ×1.24 ×10-3）/（0.15 × 113 × 10-6） =76（匝） 线圈磁导线截面积Swire： Swire=K×Aw/Np（mm2） =0.36×60.4/76=0.286（mm2）
用基波电流的百分比表示的电流总谐波含量称为总基 波畸变率，也就是THD，定义为： THD=√（I2ms+ I3ms + … + Inms ）/ I1ms ×100% 这里的， I1ms基波电流有效值； Inms为n次谐波含有电流有效值； 根据上式，有关功率因数表达式为： λ=P/S=cosφ/ √（1+THD2） 从上式可知，提高功率因数即必须抑制输入电流的 波形畸变，同时尽可能使电流基波与电压基波之间的 相位差趋于零。
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有源功率因数校正控制方法
峰值电流控制法 滞环电流法 平均电流控制法
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峰值电流控制法APFC设计
峰值电流控制法的开关频率是恒定的。 如下图； APFC控制器现选有韩国三星公司生产的 KA7524。APFC预调整电路适用于200W 以下，尤其是150W的开关电源有源功率 因数调整功能。
初级电感峰值电流 Ilp（max）= √2 ×Iin（max） 初级电感 Lp=2 ×（((Vout/ √2 )-Vin) × Vin2） /(Vout ×Vin(min) ×Ilp(max) ×f)
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变压器参数计算
铜损因数为下式： Kg ＝（Ω/Pcu）×（Lp×Ilp2/Bmax）2 这里的Ilp = Ilp(max)，为最大峰值电感电流（A）； Bmax为最大磁通 密度（T），取Bmax =0.15%T；Ω =1.724 ×10－8m； Pcu为铜的最大功率损耗（W），按照经验一般铜损是最大输出功率 的1.5%，所以： Pcu =100 ×0.015 =1.5(W)。 所选用磁芯的铜损因数Kg必须高于用上式所计算出的因数。 设所选用磁芯的因数为K`g，则： K`g ＝K ×Aw ×Ae/Lw 式中：K为铜的绕组系数，取0.36； Aw为线圈骨架窗口面积（mm）2， Ae为有效截面积（mm）2， Lw为每匝绕线平均长度（mm）2
电流谐波
交流电网电压经整流分压供给电子设备和家用 电器，是一种基本的变换方式。开关电源主要 经过低通滤波、全波整流、电容滤波后，输出 直流。由于受负载的影响，输出电流将会发生 畸变，呈现出一种脉冲波。这种波对电子设备 极为不利，同时也给供电电网带来危害，是输 出功率因数下降。 脉冲电流中含有大量的谐波，这些不同频率的 每一个正弦波成分都称为谐波含量。 下图就是电流电压失真示意图。
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计算无源电感
L≥0.03Vs ×Ts/Is 这里的Vs：输入交流电压（V）； Ts：电网周期， 50Hz，Ts=0.02s=20 × 10-3； Is：输入电流（A）；
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自主均流法——UC3902
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内部结构示意图
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实际设计应用
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升压变压器设计
升压变压器TR的初级电感Lp是APFC调整器的升压电感， 起着峰值电流传递和升压的作用； 次级Ns的作用： 1）作为零电流检测电感； 2）与电阻R4、VD5和C3一起组成电源滤波整流电路， 共给IC启动电压； 变压器是APFC的关键元器件； 电感峰值电流Ilp是平均输入电流Iin的两倍，所以可得： Iin=Ilp/2 Iin：输入电流的平均值，Ilp：变压器初级电感的峰值 电流。