基于UC3854的功率因数校正电路设计

学 号 14052101086毕业设计（论文） 题目：基于UC3854的功率因数校正电路设计作 者佘杨滨 届 别2009 届系 别机械与电气工程系 专 业自动化指导教师荣军 职 称讲师完成时间2009年5月21日摘要本文介绍了功率因数校正Boost变换器的基本工作原理和Boost变换器常用控制芯片UC3854的工作原理，设计了基于UC3854的Boost变换器的控制电路。

该电路采用平均电流模型，它通过脉宽调制输出的一连串脉冲信号来控制电路中开关晶体管的导通与截止, 从而将输入电流与输出电压的相位重新调整到同相的状态, 最终达到功率因数校正的目的。

通过比较和分析得知，该电路在有源功率因数校正方面有着结构简单，适应范围广等优点。

关键词： 有源功率因数校正（PFC）； Boost控制电路； UC3854ABSTRACTThis paper introduces the Power Factor Correction Boost converter's basic working principle and the working principle of common control chip UC3854 of Boost converter , designing the control circuit what based on the UC3854 of Boost converter .Using the average current model, UC3854 controls the state of the switching transistor in the circuit by outputting a series of PWM(Pulse Width Modulation) signals. By this mean, it readjusts input current and output voltage to synchronization, thus fulfilling power factor correction. Through comparison and analysis we know that the circuit in the active power factor correction has a simple structure and wide range adaption and so many advantages. Keywords:active power factor correction(PFC); boost control circuit; UC3854目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)1 绪论 (1)1.1 开关电源概述 (2)1.2 谐波电流对电网的危害 (2)1.3 功率因数校正的意义 (3)1.4 总体方案设计与论证 (4)1.5 系统的技术指标和系统构成 (4)1.5.1 系统的技术指标 (5)1.5.2 系统的总体构成 (5)2 Boost升压型变换器的主功率电路的设计 (5)2.1 功率因数（FC）的定义和实现方法 (5)2.1.1 功率因数的定义 (5)2.1.2 功率因数校正(PFC)实现方法 (6)2.2 有源功率因数校正校正（APFC）原理 (6)2.2.1 有源功率因数校正技术的研究现状 (6)2.2.2 有源功率因数校正原理 (7)2.2.3 有源功率因数校正技术的分类 (8)2.3 Boost升压型变换器工作原理和控制方式 (9)2.3.1 Boost变换器的工作原理 (9)2.3.2 Boost变换器常用控制方式 (11)2.4 主功率电路主要元器件的参数设计 (12)2.4.1 升压电感设计 (12)C2.4.2输出电容的选择 (13)2.4.3 功率开关与二极管 (14)3基于UC3854控制电路的设计 (14)3.1 UC3854控制器的内部结构和功能特点 (14)3.1.1 UC3854控制器的内部结构介绍 (14)3.1.2 UC3854控制器各引脚的功能 (15)3.2 UC3854控制电路各参数的设计 (17)3.2.1 UC3854中的前馈作用 (17)3.2.2 电流的感测 (18)3.2.3 峰值电流限制 (19)3.2.4 乘法器的设定 (20)3.2.5 前馈电压信号 (21)3.2.6 乘法器的输入电流 (22)3.2.7 振荡器的频率 (23)3.2.8 电流误差放大器的补偿 (23)3.2.9 电压误差放大器的补偿 (24)3.3 谐波失真预计 (25)3.3.1 谐波的产生 (25)G3.3.2 衰减量 (25)ff4结束语 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)1 绪论70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，但是电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变，不但大大降低了系统的功率因数，还引起了严重的谐波污染。

另外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EMI)，而且情况日趋严重。

许多国家都已制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。

我国政府也分别于1984年和1993年制定了限制谐波的有关规定。

我国加入WTO后，国产家电产品将面临入世的严峻挑战。

为获得与国外同类产品同等的市场竞争地位，国家认监委在2003年5月1日以后对家电产品强制执行“3C认证”标准。

这些都迫切需要可产品化的谐波抑制和功率因数校正方案。

功率因数校正技术能够实现各种电源装置电网侧电流正弦化，使电同资源得到充分利用，基本上消除负载对电网、负载对负载之闻的高次谐波污染，净化电网。

在传统没有功率因数校正的开关整流器中，交流输入电压，经整流后，紧跟着大电容滤波，由于电容的充放电使输入电流呈脉冲波形。

这种电流谐波分量很大，造成功率因数下降。

低功率因数开关电源的使用，严重污染了电网，干扰了其它设备，增大了前级设备（如变压器、电缆传输、柴油发电机等）的功率容量，使供电系统容量至少要增大30%以上，使用户增加了投资。

对于三相四线输入，当三相负载不平衡时，零线电流会很大。

从实际运行结果来看，低功率因数的开关电源所带来的危害是很严重的，这是因为输入电流有很高的峰值，含有大量的高次谐波，不但产生严重电磁干扰，还使供电变压器产生大的电磁应力，噪音增大，铁损严重，温升剧增。

因此，在整流器设计中，认真设计好功率因数校正电路是至关重要的。

从早期的无源电路发展到现在的有源电路，从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的功率因数校正技术和拓扑电路不断涌现。

相比之下，有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，体积小、重量轻，比无源功率因数校正电路的效率要高的多。

随着功率因数校正（PFC）技术在我国的重视与应用，功率因数校正专用控制器的研究渐趋增加。

而UC3854就是解决这个问题的一种高性能功率因数校正器。

1.1 开关电源概述开关电源是指利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

电源是所有用电设备的心脏，为设备提供动力。

开关电源处于电源技术的核心地位，近十年有了突飞猛进的发展。

按目前的习惯，开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源。

目前，应用最为广泛的直流电源又三类:线性电源、开关电源和相控电源。

线性电源是开关电源的前身。

各种电子装置、许多电气控制设备的工作电源都是直流电源。

在开关电源出现之前，这些装置的工作电源都采用线性电源。

由于和线性稳压电源相比，开关电源在绝大多数性能指标上都具有很大的优势，因此，目前除了对直流输出电压的纹波要求极高的场合以外，开关电源己全面取代了线性稳压电源。

另外一种常用的直流电源是相控电源。

它的主要优点是电路简单控制方便，主要的缺点是体积大，重量重，输出滤波电感大，另外，由于其频率低，控制的响应速度很慢。

因此，只有在很大功率的应用场合才会采用。

近年来，开关电源已广泛应用于电力，通信，交通等各个领域，并取得了显著的经济效益。

随着开关器件以及磁性材料性能的不断改进，开关频率逐步提高，功率逐步增大，开关电源的性能也更加优良。

相关技术的发展和开发软件的改进，也使开关电源的研发水平大大提高。

1.2 谐波电流对电网的危害大多数通信开关电源是通过整流器和电力网相接的，在普通电力电子装置中，整流电路通常采用不控整流后接电容滤波或是晶闸管相控整流。

整流器-电容滤波电路是一种非线形元件和储能元件的组合。

虽然输入交流电压是正弦的，但输入电流是仅在交流电压波顶附近区域导通，滤波电容被整流后的电流充电，因此输入交流电严重畸变，呈脉冲状。

这种电流的基波是和输入正弦电压同相位的，故产生有功功率，但交流波形中含有较大的高次谐波，这些高次谐波与输入正弦电压既不同频也不同相。

脉冲状的输入电流，含有大量谐波，同时在AC／DC整流输入端需加滤波电路，增加了体积和成本。

（1）一方面发生“二次效应”，即电流流过线路阻抗造成谐波压降，反过来使电网电压（原来是正弦波）也发生畸变。

（2）另一方面，造成电路故障，损坏设备。

如使线路和配电压过热，谐波电流还会引起电网LC 谐振，或者高次谐波电流流过电网的高压电容，使之过流和过热而损坏。

（3）三相四线制电路中，三次谐波在中线同相位，合成中线电流很大，可能超过相电流，中线又无保护装置，会造成过热火灾，造成电器设备的损坏。

1.3 功率因数校正的意义由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路应用十分普遍，价格低廉、可靠性高是它的突出优点，但是它对电网的谐波污染却十分严重，由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路主要存在如下的问题：1.启动时产生很大的冲击电流，约为正常工作电流的十几倍至数十倍；2.正常工作时，由于整流二极管导通角很小，形成一个幅度很高的窄脉冲，电流波峰因数（CF）高、电流总谐波畸变率（THD）通常超过100%，同时引起电网电压波形的畸变；3.功率因数（PF）低，一般约为0.5～0.6。

开关电源的输入端通常采用由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路，输入220V 交流市电整流后直接接滤波电容，以得到波形较为平滑的直流电压。

但是由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路是一种非线形元件和储能元件的组合，虽然交流输入市电输入电压的波形是正弦的，但是整流器件的导通角不足180，只有很小的导通角，导致输入交流电流波形严重畸变。