1目的及意义（PLC技术的发展）

1.1 分析功率因数校正的目的

根据文献1高效无污染地利用电能是目前世界各国普遍关注的问题。根据统计，实际应用中有70%以上的电能要经过电力电子装置进行转换才能被利用，而在电力电子换流装置中，整流器约占90%，且大多数采用了不控或相控整流，功率因数低，向电网注入大量高次谐波，极大地浪费了电能。

文献2中说明指出电力电子装置的有源功率因数校正(APFC或PFC)从上个世纪80年代中后期以来逐渐成为电力电子技术领域研究的热点。功率因数，是对电能进行安全有效利用的衡量标准之一。从最初的因为大量感性负载投入电网带来的无功损耗，到后来的因为各种非线性整流装置投入电网带来的谐波污染，再到现在的电力电子装置尤其是开关电源的广泛使用而带来的大量谐波对电网的危害，功率因数校正技术走过了从无功功率补偿到无源、有源滤波、再到有源功率因数校正和单位功率因数变换技术的发展历程。功率因数校正技术的发展，成为电力电子技术发展日益重要的组成部分，并成为电力电子技术进一步发展的重要支撑。目前，单相功率因数校正技术的研究比较多，在电路拓扑和控制方面都相当成熟 。

1.2 功率因数校正装置的发展历史
根据文献3中说明总结功率因数的校正主要有两种方法：无源功率因数校正和有源功率因数校正。无源功率因数校正利用线性电感器和电容器组成滤波器来提高功率因数、降低谐波分量。这种方法简单、经济，在小功率中可以取得好的效果。但是，在较大功率的供电电源中，大量的能量必须被这种滤波器储存和管理，因此需要大电感器和电容器，这样体积和重量就比较大也不太经济，而且功率因数的提高和谐波的抑制也不能达到理想的效果。有源功率因数校正是使用所谓的有源电流控制功率因数的校正方法，可以迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化[3]。这种功率因数校正有体积小、重量轻、功率因数可接近1等优点。单相交流供电的不控整流桥AC一DC变换器的功率因数校正技术由来已久，最初主要采取无源滤波器方案。随着电力电子技术的发展 ，上个世纪80年代前后开始了采用功率器件和高频电感的传统PFC拓扑，主要指有桥的 PFC，控制策略采用到输出直流电压与输人交流电流双闭环控制，其中采用了乘法器。随后AC一DC单相变换器的 P FC技术日趋发展，其动力主要源于，在功率电路，控制电路和控制策略等方面的发展以及针对包括谐波电流传导指标在内的各种标准的制订与执行，如IEC61000一3一2。到目前为止，有关高功率因数的单相A C一DC变换器的文章，学位论文非常庞大，其中还不包括与之相关的单相PWM可控整流器和单相有源电力滤波器等方面的文章。许多研 究人员提出了大量的拓扑结构和控制策略,产业界推出了多种模拟控制集成电路(IC)和功率模块及各种磁材料的PFC高频电感,上述努力成果促进了产业界对PFC装置的开发和应用,目前为止,PFC技术已经应用到白色家电领域、电信领城和电子镇流器领域,并且向着所有采用单相交流电源供电的AC一DC变换器领域发展.。总的来说，PFC技术已经进人到较为成熟阶段，正朝着实用化、专业化和高性能方向发展，新的需求的出现、新的器件制造技术的出现、新的控制技术的出现将会继续推动PFC技术的不断发展。鉴于PFC技术研究成果众多，难以一一描述，故拟给出最近一年、尤其本度中PFC技术的发展路线，重点介绍几种 P F C 技术方案。


1.4几种PLC电路模型简介

软开关功率因数校正电路
近年来国内外对功率因数校正的研究在于如何改善中大功率boost电路的性能，主要集中在如何减少boost电路中的二极管的反向恢复损耗和MOSFET的开通损耗，从而提高转换效率和减少EMI（电磁干扰）。
由于boost电路是升压电路，输出电压总是比输入电压大，如果输入电压是90－265V则输出为380－400V。在高频电力电子PFC电路中，功率二极管用快恢复二极管，而快恢复二极管的一个重要参数是反向恢复特性。换句话说，快恢复二极管在正偏时流过电流，反偏时则需要加载一段时间的反偏电压才能恢复反向截止功能。在这段时间内，二极管流过反向恢复电流。图1是boost变换器电路图，图2是boost电路关键电压电流波形图。在图2中，VDS和is是开关管上的电压和电流，iD是二极管上的电流，IIN是流过电感上的电流，iRR是反向恢复电流，IO是输出电流。从图中我们可以看到，反向恢复电流IRR对变换器的性能有不利的影响。首先，在开关S开通期间，由于iRR的存在，使得开关S的开通损耗和快恢复二极管的关断损耗增加了；其次，开关管S开通瞬间的电流iS＝IIN＋iRR，所以，iRR的存在使得开关管S的电流应力增加了；最后，iRR的存在还将影响电路的电磁兼容（EMC）性能。


无桥PFC电路
低压输入BOOST和软开关boost变换器的主要损耗是半导体器件的导通损耗，功率电路工作电流流经的功率半导体器件数目是一个关键参数。最近的研究焦点是如何改进电路拓扑，减少工作电流回路上的功率半导体器件数目，使这个损耗减小，从而进一步提高转换效率。先进的SiC肖特基二极管的开发和利用，使得功率因数校正变换器的导通损耗得到了很大的改善，SiC肖特基二极管完全无反向恢复损耗，所以无需吸收电路，从而可以简化电路拓扑。然而，随着频率的提高，使用SiC肖特基二极管的boost电路仍需要增加额外的软开关。此外，SiC肖特基二极管技术还未成熟以及相对Si快恢复二极管来说更高的价格，使得SiC肖特基二极管得到广泛使用还需要很长的一段时间[14]。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施

2.1 研究内容

完成一台1000W单相Boost型功率因数校正装置的研究与设计。设计要求：输入电压范围交流176V~264V、频率50Hz，额定输出电压DC500V，额定输出电流为2A。额定工况下，要求输入电流谐波含量不大于5%，输入功率因数不小于0.99，输出电压平均值稳态误差不大于1%，纹波峰-峰值不大于5%，负载调整率不大于3%，整机效率不小于95%。

2.2 拟采用的技术方案及措施

1.熟悉开关电源设计理论，包括拓扑结构、工作模式、脉冲调制方式以及控制方式等，重点分析CCM- Boost型PFC的工作原理。