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摘 要

近年来，开关电源以及软开关技术得到了飞速发展，促进了生产生活，带来了极大的便利，然而他们在提供进步和发展的同时也带来了一些不可忽视的不利影响。尤其整流二极管等非线性元件的使用，使输入电流波形发生畸变，同时夹杂着大量的高次谐波分量，如果不抑制或消除它们，它们会流入电网会对电网产生一系列不利影响，造成严重的后果。为了避免这些现象的产生并消除谐波污染，就有必要采取相应的措施，功率因数校正技术（PFC）就由此产生。应用该项技术可以调节输入电流的波形，使之成为正弦波，达到减小畸变率，提高功率因数的目的。因为采用这一技术的变换器的工作频率很高，因此体积和重量都可以做到很小，且效率很高，还可以在很宽的输入电压范围下工作，可以实现很小的THD且功率因数很高，因此APFC技术的应用越来越广泛。

首先，本文简要叙述了有源功率因数校正的发展背景以及为什么要研究该技术，然后从它的分类以及在国内外发展的现状出发，分析了有源功率因数校正现有的几种拓扑结构和控制方法并简要叙述了其工作的基本原理。综合考虑各种因素后，本文在进行电路设计时，选择的是平均电流控制的Boost APFC电路，接着介绍了能执行此功能的控制芯片UC3854并基于设计指标计算各种参数，最后利用MATLAB搭建模型进行仿真分析，结果证明了所设计的功率因数校正器及其控制策略的有效性。

关键词：开关电源；有源功率因数校正；Boost变换器；平均电流型

Abstract

Nowadays, the switching power supply and soft switching technology are becoming more and more advanced, which have promoted the production and benefited life very much, bringing great convenience. However, while providing progress and development, they have also brought some negative effects that cannot be ignored. In particular, the use of nonlinear components such as rectifying diodes distorts the input current waveform and the input current also contains a large number of high harmonics. If they are not suppressed or eliminated, they will flow into the power grid and have a large amount of negative influence , causing serious consequences. In order to avoid the generation of these phenomena and eliminate harmonic pollution, it is necessary to take corresponding measures, and this is where power factor correction (PFC) comes into being .Since the converter using this technique has a high operating frequency, both volume and weight can be achieved very small and can work with high efficiency, and it can also work in a wide input voltage range. it can achieve very small THD and high power factor, so APFC technology is more and more widely used.

Firstly, the development background of active power factor correction and why it should be studied are briefly described in this paper. Then, this paper analyzes several existing topological structures and control methods of active power factor correction and briefly describes its working principle ground on its category and present situation and development trend in the domestic and overseas. After considering all kinds of factors, this paper selects the Boost APFC circuit of average current control, then introduces the control chip UC3854 which can perform this function and calculates various parameters based on the design index. Finally, the MATLAB is used to build a model for simulation analysis. The results show that the power factor corrector and its control strategy are effective

Keywords: switching power supply, active power factor correction, boost converter, average current mode

目录

第1章绪论 1

1.1研究意义 1

1.2功率因数校正的分类 1

1.2.1无源功率因数校正 1

1.2.2有源功率因数校正 2

1.3功率因数校正的发展现状 2

1.4本文主要研究的内容 3

第2章 功率因数校正的原理 4

2.1谐波与功率因数 4

2.2功率因数与谐波的关系 5

2.3有源功率因数校正的拓扑结构 5

2.3.1 buck变换器 5

2.3.2 Boost变换器 6

2.3.3 Buck-Boost变换器 7

2.3.4 Cuk变换器 7

2.4有源功率因数校正的控制策略 8

2.4.1峰值电流控制 8

2.4.2滞环电流控制 9

2.4.3平均电流控制 9

2.5平均电流控制 Boost APFC工作原理 10

第3章 UC3854控制芯片 11

3.1 UC3854的基本信息 11

3.2 UC3854各引脚功能和内部结构 11

第4章 Boost型APFC电路参数计算 14

4.1设计指标 14

4.2主电路参数计算 14

4.2.1计算升压电感值 14

4.2.2计算输出电容的值 15

4.2.3电流取样电阻 15

4.3 UC3854外部电路参数设计 15

4.3.1峰值电流限流电阻 15

4.3.2前馈分压电路 16

4.3.3设置乘法器 16

4.3.4振荡器的设计 17

4.4电流误差放大器的补偿设计 18

4.5电压误差放大器的补偿设计 18

第5章 MATLAB仿真 20

5.1仿真模型 20

5.2结果与分析 21

第6章 总结与展望 25

6.1总结 27

6.2反思和展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究意义

稳压电源是使用电子电路调整输出电压达到稳定目的的电源，可分为两类，一是线性稳压电源，二是开关稳压电源^[1]。最开始投入应用的是线性稳压直流电源，它的优点是能够快速响应，输出所含的谐波也很少，畸变率小，成本较低。但它只能实现降压变换，因为输出比输入低，而且它的工作频率和效率也不高，虽然不会产生很高的开关噪声，但不能实现微小型化，在工作的过程中发热也很严重。与线性电源不同，开关电源输出稳定直流电的过程是首先将交流电整流为直流电，然后经过高频逆变之后再整流滤波。开关电源具有线性电源所没有的特点，例如：（1）在功率等级等条件相同时，由于开关电源工作在开关状态，功耗也很小，所以它们的效率一般比线性电源高，通常可以达到65%～90%；（2）工作在高速开关状态下，装置可以做的很轻很小，实现微小型化；开关电源可以省掉电源变压器。因为功率管的功耗小，所以可以不用外加散热器；（3）稳压范围宽：输出电压的变化很宽的输入电压范围内可以稳定在在±2%以内。合理设计电路还可以达到更宽的稳压范围，故对电网电压要求不高。因此开关电源因其优良的性能已经获得了广泛的应用和发展。

开关电源的应用和发展给社会带来了巨大进步，但其带来的不利影响也不容忽视，由于开关电源的输入及常采用二极管构成的不可控整流电路，而二极管整流电路不具备对输入电流的可控性，导致输入交流电流波形发生严重畸变，呈尖峰脉冲状，网侧输入功率因数降低，谐波流入电网，造成严重的谐波污染^[2]，可能会带来以下不利的影响 ：（1）无功负荷会加大损耗，冲击性无功负荷影响更甚，可能会引起剧烈的电压波动；（2）谐波一旦流入，很可能引起并联谐振和串联谐振，而谐振又会反过来作用于谐波，使谐波放大；（3）各种电气设备也可能因为谐波的缘故无法按照原来的工作方式运行，例如，谐波会导致自动装置误动作；（4）谐波电流可能通过电场耦合、磁场耦合等对邻近的通讯系统产生干扰。因此谐波如果没有得到抑制或消除，会造成一系列的不利影响，危害电网的安全运行。甚至电压波形也可能发生畸变，因为当谐波电流流过阻抗时也会形成谐波电压降，它会反过来作用于电压。当这些影响超过一定程度时，会引发一系列的故障，这些故障会影响电力

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