基于UC3854的BOOST电路PFC变换器的设计

基于UC3854的BOOST 电路PFC 变换器的设计1. 设计指标输入电压：200VAC ～250VAC 输入频率：50Hz 输出直流电压：400V 输出功率：500W 功率因数：>98% 输入电流THD ：<5%2. 开关频率综合考虑效率和变换器体积，选取开关频率为100KHz 。

原理图3. 电感电感值大小决定了输入端高频纹波电流总量，可以根据计算出的电流纹波总量ΔI 来选择电感值。

电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始，而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处：()(m in )lin e p k in P I V =由上式可知，此时的最大峰值电流为3.54A 。

通常选择电感中的峰-峰值纹波电流为最大峰值电流的20%左右，故有ΔI=707mA 。

电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择，此时200282.8,100in S V V f K H z ===根据此处电压和开关频率的占空比来选择：o inoV V D V -=in s V D L f I⨯=⨯∆由上式可得L =1.17mH ，取L =1.2mH 。

4. 输出电容涉及输出电容的选择因数有开关频率纹波电流、2次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间等。

在本例中，电容的选择主要考虑维持时间。

维持时间是在电源关闭以后，输出电压任然能保持在规定范围内的时间长度，去典型值为15~50ms 。

可根据以下公式确定（能量守恒）：220(m in )2o o P t C V V ⨯⨯∆=-式中，取Δt=64ms ，V o （min ）=300V 。

，可得C o =914uF ，可以选取915uF 的电解电容。

5. 电感电流检测采用在变换器到地之间使用一检测电阻。

一般选择压降为1V 左右的检测电阻，此处选择0.25Ω的电阻作为R S ,在最坏的情况下（峰值电流达到原值1.25倍），4.4A 的峰值电流将会产生最大1.1V 的压降。

6. 峰值电流限制UC3854的峰值限制功能，在电感电流的瞬时值电流超过最大值，即2管脚低于低电平时被激活，将开关断开。

电流限制值有基准电压初一电流检测电阻的分压来设置：12R S P K P K R E FV R R V =式中，R PK1和R PK2是分压电阻；V REF 值为7.5V ；V RS 是检测电阻R S 上的电压值。

通过R PK2的电流大约为1mA ，由上可知峰值电流限制在4.4A ，R PK1取10k Ω，R PK2取1.5k Ω。

7. 前馈电压信号V FF 是输入到平方器电路的电压，UC3854平方器电路通常在1.4V~4.5V 的范围内工作。

UC3854内有一个钳位电路，即使输入超过该值，都将前馈电压的有效值限制在4.5前馈输入电压分压器有3个电阻R FF1、R FF2、R FF3，及两个电容C FF1、C FF2。

因此它能进行两级滤波并提供分压输出。

分压器和电容形成一个二阶低通滤波器，所以其直流输出是和正弦半波的平均值成正比。

前馈电压V FF 分压器有两个直流条件需要满足。

在高输入电网电压下，前馈电压应不高于4.5V ，当达到或超过此值时，前馈电压被钳制而失去前馈功能。

在低输入电网电压时，应设置分压器使前馈电压等于1.414V ，如果不到1.414V 内部限流器将使乘法器输出保持恒定。

选取分压电阻R FF1为900k Ω，R FF2为92.14k Ω，R FF3为7.86k Ω。

当输入电压为AC250V 的时候，直流电压平均值为225V ，此时V FF 为1.77V ；当输入电压为AC200V 的时候，直流电压平均值为160V ，此时V FF 为1.41V 。

8. 乘法器的设置乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。

乘法器的输出调节电流环用以控制输入电流功率因素提高。

因此此乘法器的输出是个表达输入电流的信号。

与多数从输出开始到输入的设计任务不同，乘法器电路的设计必须从输入端开始。

乘法器有三个输入端：调节电流端I AC （脚6）、来自输入的前馈电压端V FF （脚8）、电压误差放大输出端V VEA （脚7），乘法器的输出是电流信号I mo （脚5）：2(1)m A C V E A m o F FK I V I V -=式中，K m =1是常数。

9. 乘法器输入电流乘法器的输入电流来自经R VAC 的输入电压，乘法器在较高电流下有较好的线性度，但推荐的最大电流是0.6mA 。

在高网电压时，电网电压峰值是354V ，脚6上的电压是6V ，用580k Ω的电阻值得到的最大的值是0.6mA ，因引脚6上的电压是6V ，为使电路正常工作在输入波形V IN =0处，需要一个偏置电流。

在基准电压V REF 和脚6之间接一个电阻R b1，I AC 就能提供最小偏置电流。

14b V A C R R =，R b1其值取为150k Ω。

10. 乘法器输出电流2(1)m A C V E A m o F FK I V I V -=乘法器的最大输出电流I mo 出现在低电网线路输入正弦波的峰值处。

m in 200620IN A C V A CI R K===0.49mA此时，V VEA 为5V ，V FF 2为2。

由上可得，I mo 的最大值为1.38mA 。

电流I SET 是乘法器输出电流的另一个限制点。

不能大于3.75/R SET ,可得最大值R SET =2.715 k Ω，因此可选2.7 k Ω。

为了形成电流环的反馈回路，乘法器的输出电流I mo 必须与一个正比与电感电流的电流相加，形成负反馈。

接在乘法器输出和电流检测电阻的电阻R mo 执行这一功能，它使乘法器的输出端成为电感电流和基准电流的求和结点。

m o m o L S I R i R =由上式可得R mo =3.84 k Ω，可选3.9 k Ω。

11. 振荡器频率振荡器的频率由电容C T 和电阻R SET 来设定，R SET 已知为10 k Ω。

开关频率f s 要设定为100KHZ ，电容即由下式决定：1.25T S E T SC R f =所以C T 为4.6nF .12. 电流误差放大器的补偿（1）计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的压降，再除以开关频率：0.854o S rs sV R V V L f ⨯∆==⨯此电压必须等于Vs 的峰峰值，即定时电容器上的电压5.2V ，误差放大器的增益为：5.20.8546.092ca S rs G V V V V ===。

（2）反馈电阻，设R ci =R mo =0.8 k Ω，R cz =G ca R ci =5 k Ω （3）电流环穿越频率：15.92o u t S cz ci S ciV R R f K H z V R π⨯⨯==⨯⨯（4）选Ccz ，选择45°相位范围，在环路穿越频率处设置零点。

12.052C Z ci C ZC n F f R π==⨯⨯（5）选择Ccp ，集电必须在f s /2上，13202C P S C ZC p F f R π==⨯⨯13. 电压误差放大器的补偿THD 为5％，选3%的3次谐波交流输入作为规范值。

1.5%分配做Vff 输入，0.75%到输出纹波电压，或1.5%到Vvac 。

留下0.75%分配到各种非线性器件。

（1）输出纹波电压：输出纹波电压由下式决定，式中fr 是2次谐波的频率：0() 2.1762inp k a c O OP V V C V π==⨯⨯（2）放大器增益的设置：Vopk 必须减少到电压误差放大器输出所允许的纹波电压，这就是要设置误差放大器在2次谐波频率点上的增益，公式如下：()%0.028va o va O p k V R ip p leG V ∆⨯==（3）反馈网络的数值：取Rvi 为511 k Ω10.082vf r vi vaC u F f R G π==⨯⨯⨯（4）设置分压电阻：10vi ref vd o refR V R K V V ⨯==-（5）极点频率升压级增益为：in co b st vea oP X G V V ⨯=∆⨯在放大器的响应的极点上，误差放大器增益由下式给出：cf va viX G R =总得电压环增益为：in co cf v vea o viP X X G V V R ⨯⨯=∆⨯⨯为求出截止频率，设Gv=1，求解fvi ，Xco 安排在1/(2πfCo),X cf 安排在1/(2πfCf)，方程变为：227.84(2)invi vea o vi o vf P f H z V V R C C π==∆⨯⨯⨯⨯⨯15002vf vi vfR K f C π==⨯⨯，取100K 。

14. 前馈电压滤波电容这些电容确定了交流输入电流上Vff 分配的3次谐波失真，并确定所需衰减的总量。

整流后的电网电压2次谐波含量是66.2%。

THD 是允许的总谐波失真百分比。

%0.02366.2%ff T H D G ==用两个等式连解极点，求出极点频率，fr 是2次谐波的纹波频率。

15.053p r f f H z ==选择C ff1和C ff2:71211.148102ff p ff Cf R π-==⨯⨯⨯, 取0.1uF62311.345102ff p ff Cf R π-==⨯⨯⨯ 取1.3uF15. 仿真及波形分析saber 仿真图输入电压及电流波形电感电流及全波整流电压波形输出电压波形输入电流波形及频谱分析。