基于NCP1653的功率因数校正电路设计

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
2.1 功率因数校正的基本原理..................................................................................... 7 2.1.1 功率因数的定义.......................................................................................... 7 2.2 功率因数校正中的 BOOST 变换器......................................................................... 9 2.3 功率因数校正的实现方法分类........................................................................... 11 2.3.1 无源功率因数校正技术............................................................................ 12 2.3.2 有源功率因数校正技术............................................................................ 13 2.4 有源功率因数校正技术控制策略....................................................................... 15 第3章 APFC 实验电路的设计......................................................................................... 21
3.1 本文设计要求....................................................................................................... 21 3.2 控制芯片的选取及电路个参数设计................................................................... 21 3.2.1 NCP1653 芯片介绍..................................................................................... 21 3.2.2 APFC 电路的设计及主要参数设计........................................................... 24 3.3 CCM 控制模式的 BOOST 控制电路仿真................................................................ 27 第4章 电路板的制作与测试.......................................................................................... 34
( 2 周) ( 2 周) ( 3 周) ( 3 周) ( 1 周) ( 1 周)
备
注
设计指标：功率等级 200W，输出直流电压 400V。毕业设计文档编排、
字体型号等要符合毕业设计规范要求 指导教师： 审 批 人： 年 年 月 月 日 日
西南交通大学本科毕业设计(论文)
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摘
要
近几十年来，由于大功率电力电子装置的广泛应用，使公用电网受到谐波电流和 谐波电压的污染日益严重，功率因数低，电能利用率低。为了抑制电网的谐波，提高 功率因数，人们通常采用无功补偿、有源、无源滤波器等对电网环境进行改善。近年 来，功率因数校正技术作为抑制谐波电流，提高功率因数的行之有效的方法，备受人 们的关注。 本文在参阅国内外大量文献的基础上， 综述了近年来国内外功率因数校正的发展 状况，简要分析了无源功率因数与有源功率因数的优、缺点，并详细分析了有源功率 因数校正的基本原理和控制方法。 在通过对主电路拓扑与控制方法的优、 缺点比较后， 选择 BOOST 变换器作为主电路拓扑，采用基于平均电流控制的 NCP1653 控制器，设计 了容量为 200W 的有源功率因数校正电路，计算了主电路与控制电路的元件参数。对 于平均电流控制策略，基于 PSIM 环境下对功率因数校正电路进行了仿真，并对仿真 波形进行分析。 最后搭建实验电路进行实验， 对实验未调试成功原因进行了详细分析。 本文功率因数校正电路的设计，使电路的功率因数得到了明显的改善，达到了设 计要求，同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围，减少了对电网的污染。
关键词：有源功率因数校正；BOOST 变换器；平均电流控制；NCP1653
Abstract
The harmonic for voltage and current, lower power factor and lower power efficiency of
西南交通大学本科毕业设计(论文)
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1.1 功率因数校正研究的背景及意义......................................................................... 1 1.2 功率因数校正技术的发展...................................................................................... 3 1.3 本课题研究的目的及内容...................................................................................... 6 第2章 功率因数校正技术................................................................................................ 7
public power system is serious increasingly because of much big power electronic equipment in resent years. Usually, reactive compensation, filters for active and reactive were used to improved power system in order to control harmonic and improve power factor of power system. But the power factor correction technique is research because it is an effective method to control harmonic and improve power factor by recent years. The development for power factor correction both here and abroad in recent years is summarized and the good and bad characteristics for reactive and active power factor correction is analyzed briefly and the basic principle and control methods of active power factor correction is analyzed detailed after read a mass of literatures both here and abroad. The main BOOST converter and NCP1653 controller which based on CCM control are selected and a 200W first stage circuit of active power factor correction is designed and elements of main and control circuit were accounted after topologies of main circuit and control methods were compared. The circuit was simulated based on PSIM according to these parameters and correctness of the design is proved firstly after used compare simulation waves. Finally, the experimental circuit set up the experiment, the experimental success of the reasons for not testing for analysis. The power factor of circuit is improved obviously and satisfied design require after power factor correction and the total harmonic distortion for current is controlled in a band, so the harmonic for voltage and current is reduced.