畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)

1、<p>　　單位代碼 01 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 080110038 </p><p>　　分 類 號(hào) TN710.1 </p><p>　　密 級(jí) </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　有源功

2、率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2012年5月20日</p><p>　院（系）名稱信息工程學(xué)院</p><p>　專業(yè)名稱通信工程</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)</p><p><

3、b>　　摘 要</b></p><p>　　將交流220V電網(wǎng)電壓經(jīng)整流后再提供直流是現(xiàn)實(shí)單相電源應(yīng)用中較為廣泛的變流方案，由于傳統(tǒng)的二極管或晶閘管整流器會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波電流而危害電網(wǎng)，引起輸入端功率因數(shù)下降，對(duì)電網(wǎng)造成污染；因此有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。它是在橋式整流器與輸出電容器之間加入一個(gè)功率因數(shù)校正變換電路，它將整流器的輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦

4、波，消除了諧波和無(wú)功電流，因而能將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1。交流輸入電壓經(jīng)橋式整流后，得到全波整流電壓，經(jīng)DC/DC變換后，再經(jīng)過(guò)控制器使線路電流的平均值能自動(dòng)跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)的變化，并獲得穩(wěn)壓的直流高電壓輸出，最終給負(fù)載提供直流電壓源。</p><p>　　本文通過(guò)對(duì)功率因數(shù)校正電路的現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，然后討論了什么是功率因數(shù)以及功率因數(shù)的計(jì)算、功率因數(shù)校正的原理、功率因數(shù)校正電路的種類、有源功率

5、因數(shù)校正電路的原理以及元器件L6562的簡(jiǎn)單介紹；最后設(shè)計(jì)出基于L6562升壓式有源功率因數(shù)校正電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有源功率，升壓式，L6562</p><p>　　Active power factor correction circuit design</p><p><b>　　Abstract</b></p>

6、<p>　　Will ac 220 V power grid voltage after rectifying the to provide dc is one single phase power application in reality a wide range of variable current solution because the traditional thyristor rectifier diod

7、e or will to power produce harmonic current and harm power grid, cause the input power factor drops, to power cause pollution; So active power factor correction (APFC) technology obtained a rapid development. It is in th

8、e bridge rectifiers and output capacitors to join a power transformation </p><p>　　This article through to power factor correction circuit of the current situation and development of simply introduced, and t

9、hen discuss what the power factor and power factor of calculation, power factor correction, the principle of the power factor correction circuit, the kinds of active power factor correction circuit principle and L6562 co

10、mponents of simple introduction; Finally designed based on L6562 booster type active power factor correction circuit. </p><p>　　Keywords: Active power, Boost type, L6562 </p><p><b>　　目

11、錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1背景課題及意義1</p><p>　　1.2功率因數(shù)校正的現(xiàn)狀及發(fā)展2</p><p>　　1.2.1功率因數(shù)校正的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2無(wú)橋PFC電路2</p>

12、;<p>　　1.2.3軟開(kāi)關(guān)功率因數(shù)校正電路3</p><p>　　1.3論文主要安排3</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)原理4</b></p><p>　　2.1 功率因數(shù)4</p><p>　　2.2有源功率因數(shù)校正電路5</p><p>　　2.2.1有源功率因

13、數(shù)校正電路的原理5</p><p>　　2.2.2有源功率因數(shù)校正電路的分類6</p><p>　　2.2.3 升壓式有源功率因數(shù)校正電路的分析10</p><p>　　3.元器件的選擇14</p><p>　　3.1 L6562簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.2 L6562芯片電路圖16</p&g

14、t;<p>　　4.電路的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1基于L6562的Boost-APFC電源電路17</p><p>　　4.2 Boost-APFC電感的設(shè)計(jì)18</p><p><b>　　結(jié)論20</b></p><p><b>　　致謝21</b></

15、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1背景課題及意義</p><p>　　伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)得到快速發(fā)展，各種各樣的換電流設(shè)備使用越來(lái)越多、容量也越來(lái)越大，再加上一些非線性電設(shè)備也接入到電網(wǎng)，將其產(chǎn)生的諧波電

16、流注入到電網(wǎng)中，使公用電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重地污染了電網(wǎng)的環(huán)境，造成電能質(zhì)量下降，也嚴(yán)重地威脅著電網(wǎng)中各種電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，因此必須限制高次諧波污染，國(guó)內(nèi)外電氣組織先后制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局1993年頒布GB/T14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，國(guó)際電工委員會(huì)1998年也制定了IEC6100-3-2標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　目前常用的解決電力電子設(shè)備諧波污染問(wèn)題的方法有兩種：1.對(duì)電網(wǎng)采

17、用濾波補(bǔ)償；2.對(duì)電力電子設(shè)備本身進(jìn)行改造，即進(jìn)行功率因數(shù)校正。兩者相比較，功率因數(shù)校正能夠更有效地消除整流裝置的諧波，具有更廣泛的前景，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)的一個(gè)重要的研究方向。</p><p><b>　　諧波對(duì)電網(wǎng)的影響：</b></p><p>　　諧波會(huì)導(dǎo)致電源的有功功率降低，功率因數(shù)會(huì)降低，負(fù)載上的實(shí)際功率也會(huì)隨著降低；</p><p&

18、gt;　　諧波會(huì)引起電磁干擾和射頻干擾，導(dǎo)致一些精密電子設(shè)備（包括電子式電能表），不能正常工作，甚至?xí)模?lt;/p><p>　　諧波將引起線路歐姆熱 ，導(dǎo)致整流器過(guò)熱效率下降 ，也會(huì)引起設(shè)備老化，縮短設(shè)備使用壽命，甚至損壞設(shè)備；</p><p>　　諧波電流的存在會(huì)引起電網(wǎng)電壓的畸變，并可能引發(fā)振蕩，引起電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全； </p><p>　　5、諧波將會(huì)

19、引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，從而直接危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行；</p><p>　　6、為了彌補(bǔ)諧波的存在造成的附加損耗，必須增加電器、導(dǎo)線等的容量，從而增加了</p><p><b>　　投資費(fèi)用；</b></p><p>　　為了減少諧波的污染，提高功率因數(shù)，設(shè)計(jì)基于L6562升壓式有源功率因數(shù)校正電</p><p>　　

20、路，使功率因數(shù)大于0.95。</p><p>　　1.2 功率因數(shù)校正的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　1.2.1 功率因數(shù)校正的現(xiàn)狀</p><p>　　目前功率因數(shù)校正主要有兩種方法：無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)是指在整流電路中用LC濾波器來(lái)增大整流橋?qū)ń?，從而降低電流諧波來(lái)提高功率因數(shù)。無(wú)源功率因數(shù)校正達(dá)到的功率因數(shù)沒(méi)有有源功率因

21、數(shù)校正的高，但是比較簡(jiǎn)單，與有源功率因數(shù)校正相比比較經(jīng)濟(jì)，因而這種技術(shù)在中小容量的電子設(shè)備中被廣泛采用。有源功率因數(shù)校正是就是通過(guò)功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置，使電網(wǎng)輸入電流波形完全跟蹤電網(wǎng)輸入電壓波形的變化，并且保持輸入電流和電壓波形同相位。有源功率因數(shù)校正有體積小、重量輕、功率因數(shù)可接近1等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)緣功率因數(shù)和有源功率因數(shù)有不同的優(yōu)勢(shì)，本文的技術(shù)要求比較高，因此本文主要針對(duì)有源功率因數(shù)校正進(jìn)行論述。</p><p>　　

22、1.2.2 無(wú)橋PFC電路</p><p>　　無(wú)橋PFC電路用單個(gè)的變換器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由四個(gè)二極管組成的前級(jí)整流橋＋升壓式PFC電路，實(shí)現(xiàn)AC－DC和PFC兩個(gè)任務(wù)。這個(gè)電路實(shí)際上是一個(gè)雙升壓式電路。</p><p>　　無(wú)橋是目前高性能功率因數(shù)校正電路研究的一個(gè)方向，圖1.1為無(wú)橋PFC拓?fù)鋱D。 </p><p>　　圖1.1無(wú)橋PFC電路</p>

23、<p>　　無(wú)橋PFC電路有兩種工作模式：1. 開(kāi)關(guān)管S1和S2同時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷。電壓源有正半波和負(fù)半波組成，在電源的負(fù)半波，S2導(dǎo)通時(shí)，電源通過(guò)S2和S1的寄生二極管對(duì)電感LB充電，S2關(guān)斷時(shí)，電感通過(guò)D2、RL和S1的寄生二極管放電，該電路變成一升壓式電路。當(dāng)電壓源在正半波時(shí)，S1導(dǎo)通時(shí)，電源通過(guò)S1和S2的寄生二極管對(duì)電感LB充電，S1關(guān)斷時(shí)，電感通過(guò)D1、RL和S2的寄生二極管放電，該電路變成另外一升壓電路。在電源的

24、負(fù)半波，S2導(dǎo)通時(shí)，電源通過(guò)S2和S1的寄生二極管對(duì)電感LB充電，S2關(guān)斷，電感通過(guò)D2、RL和S1的寄生二極管放電，這是另一升壓式電路。2.當(dāng)工作模式是：在電源的正半波，S1高頻工作，S2則直通。電感LB，S1，D1和負(fù)載構(gòu)成一個(gè)升壓式電路。在電源的負(fù)半波，S2處于高頻工作，S1處于直通。S2，D2和負(fù)載構(gòu)成另一個(gè)升壓式電路。第二種工作模式與第一種相比較模式控制較為簡(jiǎn)單。</p><p>　　1.2.3 軟開(kāi)關(guān)

25、功率因數(shù)校正電路</p><p>　　改進(jìn)大功率升壓式電路的性能近幾年在國(guó)內(nèi)是比較熱門的，主要集中在如何減少升壓式boost電路中的二極管的反向恢復(fù)損耗和MOSFET的開(kāi)通損耗，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率和減少電磁干擾的目的。</p><p>　　升壓式boost電路，輸出電壓總是比輸入電壓要大，假如輸入電壓為100－270V時(shí)，則輸出為370－420V。在高頻電力電子PFC電路中，功率二極管一

26、般采用快恢復(fù)二極管，快恢復(fù)二極管是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間較短的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，耐壓值較高。</p>&

27、lt;p>　　軟開(kāi)關(guān)功率因數(shù)校正電路有很多的拓?fù)潆娐?，將存在的電路統(tǒng)一整理，并區(qū)分不同拓?fù)潆娐返膬?yōu)缺點(diǎn)，將是研究的方向。</p><p><b>　　1.3論文主要安排</b></p><p>　　本文首先分析了目前國(guó)家電網(wǎng)存在諧波，功率低等問(wèn)題，及功率因數(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展，在第二章中提出功率因數(shù)校正電路的原理及分類，第三，四章介紹了元器件和提出技術(shù)指標(biāo)，并最終設(shè)計(jì)

28、出基于L6562升壓式有源功率因數(shù)校正電路。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)原理</b></p><p><b>　　2.1 功率因數(shù)</b></p><p>　　功率因數(shù)（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功率（S）的比值。</p><p><b>　?。?.1）</

29、b></p><p><b>　?。?.1）式中：</b></p><p>　　U1：?jiǎn)挝粸榉?，表示電網(wǎng)電壓有效值；</p><p>　　：表示輸入電流失真系數(shù)；</p><p>　　Ims：?jiǎn)挝粸榘才啵ˋ），表示為輸入電流有效值；</p><p>　　I1：?jiǎn)挝粸榘才啵ˋ），表示輸入基波

30、電流有效值；</p><p>　?。罕硎净娏骱突妷褐g的相移因數(shù)；</p><p>　　由式子（2.1）可知功率因數(shù)也可以定義為輸入電流失真系數(shù)（）和基波電壓與基波電流相移（）的乘積，功率因數(shù)的高低跟、有關(guān)系，增大，可以提高功率因數(shù)。</p><p>　　由式子（2.1）可知，PF由電流失真系數(shù)和決定。當(dāng)值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變

31、，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染。當(dāng)?shù)蜁r(shí)，則表示用電氣設(shè)備的無(wú)功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。</p><p>　　PF與總的諧波畸變率THD的關(guān)系如下：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　(2.3) </p><p><b>　　(2.4)</b>&

32、lt;/p><p>　　(2.5) </p><p>　　有式子（2.5）可知，THD對(duì)功率因數(shù)的影響，THD越大，功率因數(shù)越低，THD越小，功率因數(shù)越高，提高功率因數(shù)可以通過(guò)減小THD來(lái)達(dá)到。</p><p>　　功率因數(shù)校正技術(shù)分為無(wú)源和有源兩種，無(wú)源功率因數(shù)校正的性能比較差，達(dá)不到很好的效果，本文技術(shù)要求是功率因數(shù)大于等于0.95，因此本文只針對(duì)有源

33、功率因數(shù)校正APFC技術(shù)做探討。</p><p>　　有源功率因數(shù)校正APFC技術(shù)的基本思想：將輸入的交流進(jìn)行全波整流，在整流電路與濾波電容之間加入DC/DC變換，通過(guò)適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸出電流跟隨它輸出直流脈動(dòng)電壓波形，且要保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入。</p><p>　　有源功率因數(shù)校正APFC技術(shù)，從其實(shí)現(xiàn)方法上

34、來(lái)講，就是通過(guò)功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置，使電網(wǎng)輸入電流波形完全跟蹤電網(wǎng)輸入電壓波形的變化，并且保持輸入電流和電壓波形同相位，從而使得無(wú)論負(fù)載性質(zhì)如何，從輸入端看，負(fù)載取用的都是有用功率，是功率因數(shù)能夠接近于1。</p><p>　　由于APFC使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)接近1，減小了輸入電流，降低了配電輸入線的損耗，消除了用電裝置的諧波分量對(duì)電網(wǎng)的污染，本身的工作會(huì)產(chǎn)生非線性，引起電網(wǎng)電壓、電流畸變的電力電子裝置，增加功率因數(shù)

35、校正部分對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的效益是明顯的，但是用電器本身則會(huì)增大體積提高成本。</p><p>　　2.2 有源功率因數(shù)校正電路</p><p>　　2.2.1 有源功率因數(shù)校正電路的原理 </p><p>　　有源功率因數(shù)校正主要是在整流濾波和DC/DC功率級(jí)之間串入一個(gè)有源PFC作為前置級(jí)，用于提高功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)DC/DC級(jí)輸入的預(yù)穩(wěn)，用作PFC電路的功率級(jí)基本上是升壓

36、型Boost變換器，它具有效率高、電路簡(jiǎn)單、適用電源功率高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　有源功率因數(shù)校正電路的思想為：選擇輸入電壓作為參考信號(hào)，使得輸入電流跟蹤參考信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸入電流的低頻分量與輸入電壓為一個(gè)近似的同頻同相的正弦波，以提高功率因數(shù)和抑制諧波。</p><p>　　有源功率因數(shù)校正電路原理圖為圖2.1。主電路由單相橋式整流器和DC—DC變換器組成，包括電壓誤差放大器VA，基準(zhǔn)

37、電壓，電流誤差放大器CA，乘法器M及驅(qū)動(dòng)器等部分，負(fù)載可以是開(kāi)關(guān)電源，也可以為電器。</p><p>　　圖2.1 有源功率因數(shù)校正電路的原理</p><p>　　主電路的輸出電壓Vo與基準(zhǔn)電壓比較后，再輸入給VA，整流電壓Vdc的檢測(cè)值和VA的輸出電壓Vo信號(hào)共同加到乘法器M的輸入端。M的輸出作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，與開(kāi)關(guān)電流iS檢測(cè)值比較后，經(jīng)過(guò)CA加到邏輯及驅(qū)動(dòng)器上，用以控制開(kāi)關(guān)

38、VTr的通斷，使輸入電流ii與Vdc的波形基本一致，從而大大減少了電流諧波，提高了輸入功率因數(shù)，從而保持了Vo的恒定。</p><p>　　2.2.2 有源功率因數(shù)校正電路的分類</p><p>　　有源功率因數(shù)校正電路按電流模式可以分為連續(xù)電流模式控制型與非連續(xù)電流模式控制型兩類。其中，連續(xù)電流模式控制型主要有升壓型（Boost）、降壓型（Buck）、升降壓型（Buck－Boost）三種

39、；非連續(xù)電流模式控制型有正激型（Forward）、反激型（Fly back）兩種；它們有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同類型的分析，最后選擇升壓式做為重點(diǎn)研究對(duì)象，下面對(duì)上述電流模式的工作原理做簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　1、升壓型PFC電路圖2.2為升壓型PFC主電路，工作過(guò)程主要分兩種：1.開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，電流IL流過(guò)電感線圈L，電感線圈處于未飽和狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的電感開(kāi)始以磁能的形式儲(chǔ)存電能，電容放電給負(fù)載提

40、供能量，圖中的R為負(fù)載；2.開(kāi)關(guān)管Q截止時(shí)，L自感電動(dòng)勢(shì)VL與電源VIN 的電流方向相同，此時(shí)VL與電源VIN 串聯(lián)給電容以及負(fù)載供電。</p><p>　　圖2.2升壓型PFC主電路</p><p><b>　　該電路的優(yōu)點(diǎn)是：</b></p><p>　?。?）輸入電流是指電感電流，操作上容易調(diào)節(jié)，在工作過(guò)程中處于連續(xù)的狀態(tài)，在整個(gè)輸入電壓

41、的正弦周期內(nèi)都可以調(diào)制，可以得到很高的功率因數(shù)。 （2）開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出共地，驅(qū)動(dòng)起來(lái)比較簡(jiǎn)單； （3）開(kāi)關(guān)管的電流峰值較小，對(duì)輸入電壓變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，適合用在電壓變化比較大的電網(wǎng)場(chǎng)所。 </p><p>　　主要缺點(diǎn)：輸出電壓比較高，開(kāi)關(guān)管對(duì)輸出不能實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的功能。</p><p>　　2、降壓型PFC電路圖2.3是降壓型PFC電路，工作過(guò)程主要有兩種：1

42、.當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)，電流IL流過(guò)電感線圈，電感線圈處于未飽和狀態(tài)時(shí)，電流IL線性增加，儲(chǔ)存電能；2.當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，L將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，向電容和負(fù)載供電。因?yàn)樽儞Q器輸出電壓總是小于電源電壓，故稱為降壓變換器。</p><p>　　圖2.3降壓型PFC主電路</p><p>　　該電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)管具有很弱的電壓適應(yīng)能力，假如后面的電路發(fā)生短路，可以起到一定的

43、短路保護(hù)，該優(yōu)點(diǎn)是升壓式PFC沒(méi)有的。</p><p>　　該電路的主要缺點(diǎn)是：只有輸人電壓高于輸出電壓時(shí)，降壓式PFC電路才能參加工作，在每個(gè)正弦周期中，該電路有一段因輸人電壓低而不能正常工作，輸出電壓較低，在相同功率等級(jí)時(shí)，后級(jí)DC／DC變換器電流應(yīng)力較大；與升壓式PFC相比，開(kāi)關(guān)管門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸出地端不同，驅(qū)動(dòng)較為復(fù)雜，再加上輸人電流存在斷續(xù)的情況，功率因數(shù)不是很高，應(yīng)用較少。</p>&l

44、t;p>　　3、升降壓型PFC電路 圖2.4為升降壓型PFC電路，其工作過(guò)程有兩種狀態(tài)：1.當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q處于導(dǎo)通時(shí)，電流IIN流過(guò)電感線圈，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，電容C放電為負(fù)載提供能量，電感L處于儲(chǔ)能狀態(tài)；2.當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q處于斷開(kāi)時(shí)，IL有減小趨勢(shì)，L中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)使二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，L開(kāi)始釋放其儲(chǔ)存的能量，對(duì)電容C和負(fù)載供電。</p><p>　　圖2.4升降壓型PFC主電路</p>

45、;<p>　　該電路的優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)輸人電壓升壓和降壓，適用范圍比較廣，集合了升壓式和降壓式PFC的一些優(yōu)點(diǎn)；電路輸出電壓選擇范圍較大，可根據(jù)一級(jí)的不同要求設(shè)計(jì)；電路中的開(kāi)關(guān)管可實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)的功能。</p><p>　　該電路的主要缺點(diǎn)有：開(kāi)關(guān)管要有很強(qiáng)的電壓應(yīng)力，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管的電壓為輸入電壓與輸出電壓的和；由于在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，輸入電流只有在開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)下才會(huì)有，峰值電流變的比較大；因此驅(qū)動(dòng)

46、起來(lái)比較復(fù)雜；因?yàn)檩敵鲭妷簶O性與輸入電壓的極性是相反的，后級(jí)逆變電路比較難設(shè)計(jì)，因此在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中比較少。</p><p>　　4、正激型PFC電路圖2.5為正激型PFC電路，工作狀態(tài)有兩種：1.當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q處于導(dǎo)通時(shí)，二級(jí)管D1處于正偏導(dǎo)通，D2處于截止?fàn)顟B(tài)，電源向負(fù)載提供能量，輸出電感L處于儲(chǔ)能狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q處于關(guān)斷時(shí)，電感L儲(chǔ)存的能量通過(guò)二極管D2，向負(fù)載釋放電能，電容C處于充電狀態(tài)。</p>

47、<p>　　該電路的磁通是單向累積的，在電路中需要設(shè)計(jì)磁復(fù)位。</p><p>　　圖2.5正激型PFC主電路</p><p>　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是功率級(jí)的電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電感中的能量要通過(guò)磁復(fù)位回路來(lái)釋放。</p><p>　　5、反激型PFC電路</p><p>　　圖2.6為反激型PFC電路，工作狀態(tài)有兩種：1.當(dāng)

48、開(kāi)關(guān)管Q處于導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加到高頻變壓器B1的原邊繞組上，由于B1副邊整流二極管D1反接，副邊繞組中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)，電容C放電向負(fù)載提供能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，繞組上的電壓極性反向，二極管D1正偏導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量通過(guò)二極管D1向負(fù)載釋放。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是功率級(jí)電路簡(jiǎn)單，且具有過(guò)載保護(hù)功能。</p><p>　　圖2.6反激型PFC主電路</p><p>　　2.2.3

49、升壓式有源功率因數(shù)校正電路的分析 </p><p>　　有源功率因數(shù)校正技術(shù)的思路，主要是通過(guò)控制整流后的電流，在對(duì)濾波大電容充電之前，能夠與整流后的電壓波形相位相同，避免引起電流脈沖的形成，達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。</p><p>　　1、升壓式Boost電路的基本原理 </p><p>　　升壓式Boost電路按電流區(qū)分有三種工作模式分別為：連續(xù)模式、斷續(xù)模式、

50、臨界模式。</p><p>　　圖2.7為升壓式Boost電路拓?fù)洹D中的Vcont是指功率開(kāi)關(guān)MOSFET的控制信號(hào)，VI是指MOSFET兩端的電壓，ID是指流過(guò)二極管D的電流。MOSFET有兩種狀態(tài)；1.當(dāng)開(kāi)關(guān)管T處于導(dǎo)通時(shí)，電流IL流過(guò)電感線圈L，在電感線圈處于未飽和狀態(tài)時(shí)，電流線性逐漸增加，電感線圈以磁能的形式儲(chǔ)存電能，二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)，電容Cout儲(chǔ)存的能量將會(huì)釋放，為負(fù)載提供能量。2.當(dāng)開(kāi)關(guān)管T處

51、于斷開(kāi)時(shí)，線圈儲(chǔ)存的磁能將改變線圈L兩端的電壓VL，以保持其電流IL不發(fā)生突變。電源Vin與線圈L轉(zhuǎn)化的電壓相串聯(lián)，以高于輸出的電壓向電容和負(fù)載供電。如圖2所示是其電壓和電流的關(guān)系圖。</p><p>　　圖2.7 Boost電路拓?fù)?lt;/p><p>　　電壓和電流的關(guān)系如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 Boost電路的電壓與電流的關(guān)系</p&g

52、t;<p>　　分析圖2.8，可得：</p><p><b>　　(2.6) </b></p><p>　　(2.7)升壓式Boost連續(xù)模式和臨界模式下的基本公式為式(2.7) 。</p><p>　　臨界狀態(tài)下的Boost-APFC電路設(shè)計(jì)</p><p>　　基于L6562的臨界工作模式下的Boos

53、t-APFC電路的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.9所示，圖2.10所示是其APFC工作原理波形圖。</p><p>　　圖2.9 Boost—APFC控制框圖</p><p>　　圖2.10 臨界APFC工作原理波形圖</p><p>　　升壓式Boost實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的原理是讓整流后的輸入電流跟蹤輸入電壓，使能夠獲得期望的輸出電壓?？刂齐娐匪璧膮⒘坑屑磿r(shí)輸入電壓、輸入電流

54、以及輸出電壓。乘法器與輸入電流控制部分和輸出電壓控制部分相連接，使輸出的信號(hào)為正弦信號(hào)。假如輸出電壓偏離了期望值，如輸出電壓發(fā)生跌落時(shí)，電壓控制環(huán)節(jié)的輸出電壓將會(huì)增加，使乘法器的輸出也相應(yīng)隨著增加，從而達(dá)到使輸入電流有效值也相應(yīng)地隨著增加，使能夠提供足夠的能量。在臨近狀態(tài)控制模型中，輸入電流的有效值是由輸出電壓控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，而輸入電流控制環(huán)節(jié)使輸入電流能夠保持正弦規(guī)律變化，從而達(dá)到跟蹤輸入電壓的目的。</p><

55、p>　　本文在基于此類控制模型下，采用ST公司的L6562作為控制芯片，給出了Boost-APFC電路的設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　3 元器件的選擇</b></p><p>　　3.1 L6562簡(jiǎn)介 </p><p>　　圖3.1是L6562芯片的元器件，圖3.2是L6562芯片的引腳圖。</p><p&

56、gt;<b>　　DIP-8 </b></p><p>　　圖3.1 L6562芯片</p><p>　　INV ZCD </p><p>　　COMP GND </p><p>　　MULT G

57、D </p><p>　　CS VCC</p><p>　　圖3-2 L6562引腳圖</p><p>　　1腳（INV）：誤差放大器反向輸入端。PFC輸出電壓分壓電阻分壓后送入該引腳 。 2腳（COMP）：誤差放大器輸出端。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在該腳與INV端（1腳），以完</p><p>

58、　　成電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性和保證有高的PF值與低的諧波失真（THD）。</p><p>　　3腳（MULT）：乘法器輸入端。該引腳通過(guò)分壓電阻分壓，連接到整流器整流電壓</p><p>　　提供基準(zhǔn)的正弦電壓給電流環(huán)。</p><p>　　4腳（CS）：輸入到PWM比較器。MOSFET管電流流過(guò)取樣電阻，在電阻產(chǎn)生電</p><p>　　降，

59、該電壓與內(nèi)部的正弦電壓形成基準(zhǔn)信號(hào)，與乘法器比較來(lái)決定MOSFET的</p><p><b>　　關(guān)閉。 </b></p><p>　　5腳（ZCD）：升壓電感去磁偵測(cè)輸入端。工作在臨界傳導(dǎo)模式，用負(fù)極性信號(hào)的后 </p><p>　　沿來(lái)觸發(fā)MOSFET的導(dǎo)通。</p><p>　　6腳（GND）：控制電路的地端。柵

60、極驅(qū)動(dòng)和信號(hào)回路的通路都應(yīng)該匯集到該地引</p><p><b>　　腳端。</b></p><p>　　7腳（GD）：柵極驅(qū)動(dòng)輸出。圖騰柱輸出能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET管或IGBT管，對(duì)源 極峰值推動(dòng)電流是600mA，吸收電流時(shí)800mA。該腳的驅(qū)動(dòng)電壓被鉗制在12V左 右，避免因電壓過(guò)高而使驅(qū)動(dòng)電壓也升高。</p><p>　　8腳（VC

61、C）：電壓供給IC內(nèi)部信號(hào)與柵極驅(qū)動(dòng)，供電電壓能夠被限制在22V以下。</p><p>　　L6562是在臨界電流模式狀態(tài)下工作的。升壓電感L的電流逐漸減小到零時(shí)，能夠檢測(cè)到電感兩端的電壓極性同時(shí)發(fā)生變化變號(hào)，零電流檢測(cè)器才能夠打開(kāi)外部的MOSFET。</p><p>　　為了防止發(fā)生虛假觸發(fā)，電路提供了0.5V的滯后電壓。ZCD端輸入電壓的門限值設(shè)為1.8～2.3V，輸入電流為2μA ，

62、禁止閾值為200mV，箝位電壓為5.7V。</p><p>　　為了改進(jìn)THD的惡化，在L6562的內(nèi)部乘法器單元中，專門嵌入了TD最優(yōu)化電路。改進(jìn)后的電路能夠處理AC線路電壓過(guò)零附近時(shí)積聚的能量，從而使橋整流器后的高頻濾波器電容能夠充分放電，達(dá)到減小交越失真，從而降低THD的目的。</p><p>　　綜合高線性乘法器中的THD最優(yōu)化電路，L6562允許在誤差放大器反相輸入端INV腳和輸

63、出端COMP腳之間連接RC串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，減小放大器輸出波紋和乘法器輸出的高次諧波的誤差。</p><p>　　L6562性能與L6561，L6560相比較有明顯的提升，但制作的成本并沒(méi)有增加。</p><p>　　3.2 L6562芯片原理框圖</p><p>　　圖3.3為芯片L6562的原理框圖。</p><p>　　圖3.3 L656

64、2芯片原理框圖</p><p><b>　　4 電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1基于L6562的Boost-APFC電源電路</p><p>　　本文的設(shè)計(jì)是基于臨界狀態(tài)下，采用的是ST公司的L6562作為控制芯片，設(shè)計(jì)出升壓式有源功率因數(shù)校正電路。</p><p>　　圖4.1給出了由L6562構(gòu)成的AP

65、FC的電路圖。圖中的C1、C2、L1構(gòu)成雙π抗電磁干擾濾波器，輸入的交流電經(jīng)整流橋整流后變換為正弦全波直流脈動(dòng)，作為升壓式Boost電路的輸入；電容C3的作用是為了濾除電感電流中的高頻信號(hào)，降低輸入電流中存在的諧波含量；整流后的正弦全波直流電壓經(jīng)過(guò)電阻R1和R2構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)3腳輸入到乘法器，是用來(lái)確定輸入電壓的波形與相位，電容C4的大小為0.01uF，是用以濾除3號(hào)腳的高頻干擾信號(hào)；PFC的變換器直流輸出電壓V0經(jīng)過(guò)R8

66、、R9分壓反饋到1號(hào)腳誤差放大器的反相端。升壓式Boost電感L的一個(gè)副繞組，用作初級(jí)電感的高靈敏度的傳感器，將初級(jí)電感的高頻電流傳送到R4轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，給5號(hào)腳以過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)。芯片的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)電阻R5連接到MOS管的柵極；電阻R7作為電感電流的檢測(cè)電阻，用以采樣電感電流的上升沿MOS管的電流，電阻R7一端接地，另一接在MOS管的源極，同時(shí)經(jīng)電阻R6連接到芯片的4號(hào)腳；電阻R9和R8不僅構(gòu)成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，也形成輸出電壓的負(fù)反饋回路

67、；電容C6連接于芯片1、2腳之間，組成電壓環(huán)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　圖4.1 基于L6562的Boost-APFC電源電路 </p><p>　　4.2 Boost-APFC電感的設(shè)計(jì)</p><p>　　升壓式Boost電感，采用AP法則，原理是首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算所需電感：</p&g

68、t;<p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　式中，Virms為輸入電壓有效值；Vo為輸出電壓，fsw(min)為MOS管的最小工作頻率，通常在20kHz以上；Pi為輸入功率。</p><p>　　計(jì)算要求的AP值為：     (4.2)

69、式中，Ku為磁芯窗口利用率，Jc為電流密度，IL(pk)為電感電流峰值。</p><p>　　有式子(4.2)式的計(jì)算結(jié)果可選擇磁芯的AP值(大于AP_req，AP=AeAw，單位為m ^4)。然后根據(jù)所選磁芯來(lái)計(jì)算原邊匝數(shù)及所需氣隙。副邊匝數(shù)一般按10：1的比例選取。</p><p>　　(4.3) </p><p><b>　　

70、(4.4)</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文主要是圍繞功率因數(shù)的研究。通過(guò)介紹有源功率因數(shù)校正電路的分類及原理，研究不同類的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選擇升壓式有源功率因數(shù)校正電路。</p><p>　　文章基于L6562芯片設(shè)計(jì)了Boost高功率因數(shù)電路，并引用AP法則設(shè)計(jì)其關(guān)鍵元器件——Boost電感

71、。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該電路啟動(dòng)電流小，外圍元器件少，成本低廉，能同時(shí)滿足電源系統(tǒng)重量輕，穩(wěn)定性好，可靠性高等要求。實(shí)驗(yàn)證明，AP法則是一種快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　本文主要完成了以下工作：</p><p>　　詳細(xì)介紹了因數(shù)校正電路的定義、分類等基本知識(shí)，選擇了有源功率因數(shù)校正電路作為研究對(duì)象。</p><p>　　詳細(xì)了解L6562芯片，最后設(shè)計(jì)出基于L

72、6562升壓式有源功率因數(shù)校正電路。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我從指導(dǎo)老師 身上學(xué)到了很多東西。對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)他嚴(yán)格要求，而且他認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神以及深厚的理論水平都使我收益匪淺，是我今后踏入社會(huì)的好榜樣。他無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高，這對(duì)于我以

73、后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝她耐心的輔導(dǎo)。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！ </p><p>　　同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 </p><p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，

74、以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊素行．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京:高等教育出版社,2009．　　　　　　　　　　　　 　　</p><p>　　[2] 毛興武．功率因數(shù)校正原理與控制IC及其應(yīng)用設(shè)

75、計(jì)[M].北京.中國(guó)電力出版社,2007． </p><p>　　[3] 陳汝全．電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)(第2版) [M]. 北京.中國(guó)電力出版社,2006． </p><p>　　[4] 毛興武，王守志．功率因數(shù)校正電路原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2004. </p><p>　　[5] 張浩， 許

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