单相单位功率因数整流器的研究与开发
中国石油大学（华东）毕业设计（论文）单相单位功率因数整流器的研究与开发学生姓名：-学 号：-专业班级：电气工程及其自动化-班指导教师：-2010 年 6 月 20 日中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）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。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技术的发展状况，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UC3854 控制器，设计了两级有源功率因数校正电路的前一级电路，计算了主电路与控制电路的元件参数。根据此参数，基于MATLAB环境下对功率因数校正前、后的电路进行了仿真，通过仿真波形的分析。最后搭建实验电路进行实验，采集实验波形，对实验结果进行分析，进一步验证了本设计参数的正确性与准确性。关键词:有源功率因数校正;Boost变换器;平均电流控制中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）ABSTRACTThe harmonic for voltage and current, lower power factor and lower efficiency of 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 .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 UC3854 controller which based on CCM control are selected and a first stage circuit of two-stage 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 MATLAB according to these parameters and correctness of the design is proved firstly after used compare simulation waves. At last，the experiment circuit is founded, the correctness and veracity is proved more after compare experiment waves.Keywords: Active power factor correction; Boost converter; Average current control 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）目录第 1 章 绪论 .11.1 功率因数校正（PFC）问题的提出 .11.2 功率因数的基本概念 .31.3 功率因数校正技术的发展状况 .41.4 本文研究的主要内容 .5第二章 有源功率因数校正技术 .72.1 有源功率因数校正原理 .72.2 APFC 主电路的拓扑结构 .82.3 APFC 的控制方法 .92.3.1 峰值电流型控制 .102.3.2 电流滞环型控制 .112.3.3 平均电流型控制 .122.4 有源功率因数校正的两种电路 .132.4.1 两级 PFC 电路 .132.4.2 单级 PFC 电路 .14第三章 APFC 电路设计 .163.1 主电路设计 .163.1.1 升压电感的设计 .163.1.2 输出电容的选择 .173.1.1 功率级元件的选择 .183.2 控制电路设计 .203.2.1 UC3854 的基本组成 .213.2.2 管角排列及功能 .223.2.3 峰值电流限制 .243.2.4 乘法器的设置 .25中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）3.2.5 振荡器的设置 .283.2.6 驱动电路的设计 .283.2.7 反馈补偿网络的初步设计 .28第四章 系统仿真及实验结果分析 .324.1 软件仿真结果分析 .334.2 硬件电路结果分析 .36第五章 总结与展望 .405.1 结论： .404.2 展望: .41致谢 .42参考文献 .43中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）1第 1章 绪论随着电力电子技术的迅猛发展，开关电源以体积小、重量轻和效率高等显著优点，己经成为目前直流稳压电源的主要形式，广泛地应用在计算机、通讯等电子设备上。但是，各种非线性负载如整流器，电容滤波器等接到交流电网时，电网电流将发生畸变，含有高次谐波电流，而且产生很强的EMI 。1.1功率因数校正（PFC）问题的提出 1从 220V交流电网经输入整流滤波后供给直流是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流技术。传统AC/DC 变流器就是二极管桥式整流加电解电容滤波电路，如图 1-1(a)所示的AC/DC变换器中，交流市电经二极管整流和大电容滤波后，得到较为平滑的直流电压再由直流变换器进行DC/DC 变换，得到要求的输出。整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得输入电流(即电容器的充电电流)成为一个持续时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流，如图 1-l(b)所示，从而导致功率因数较低(0.6左右) ，总谐波畸变大 (超过 100%) 。图 1-1 二极管整流电路及输入电压、电流波形由此可见，大量应用整流电路，会使电网供给的输入电流严重畸变。对这种畸变的输入电流进行傅立叶分析，把输入电流用傅立叶级数分解可中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）2得如下表达式：(1-1)L wtIwtIwtIi 5sin53sin3sin1n式中，I 1 为基波分量，I 3、I 5 分别为三次和五次谐波分量。由于输入电流是一个奇函数，所以，表达式中只有奇次谐波。由上面分析可知，输入电流中除含有基波外，还含有丰富的奇次高次谐波分量，这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波“污染” ，造成严重危害。其主要危害有：(l)产生“二次效应 ”。即谐波电流在输电线路阻抗上的压降会使电网电压(原来是正弦波 )发生畸变，影响各种电气设备的正常工作。(2)谐波会造成输电线路故障，使变电设备损坏。例如，线路和配电变压器过热、过载。在高压远距离输电系统中，谐波电流会使变压器的感抗与系统的容抗发生LC谐振;在三相电路中，中线电流是三相三次谐波电流的叠加，因此，谐波电流会使中线电流过流而损坏，等等。(3)谐波影响用电设备。例如，谐波电流对电机除增加附加损耗外，还会产生附加谐波转矩、机械振动等，这些都严重影响电机的正常运行;谐波可能使白炽灯工作在较高的电压下，这将导致灯丝工作温度过高，缩短灯丝的使用寿
