基于UCC28019的高功率因数电源.doc

基于UCC28019高功率因数电源 【摘要】本系统以UCC28019为控制核心，利用UCC28019电压和电流双闭环控制构成一高功率因数电源其中电流环路的作用是使网侧交流输入电流跟踪电网电压的波形与相位，以及过流保护的功能；电压环路负反馈控制系统是使输出电压恒定该系统能实现输出电压稳定在30—36V，最大输出电流可达到2.5A以上，电压和负载调整率小，功率因数接近1此外，本系统以单片机STM32为检测控制核心，对输出电压和电流，以及功率因数的进行测量与显示；同时本系统还具有进行输出电压的调整功能关键字：UCC28019 PFC 【Abstract】 This system uses UCC28019 as its control core, using UCC28019 voltage and current double closed loop control of high power factor constitutes. The role of current loop network lateral communication is the current tracking input voltage waveform and phase, and the over-current protection function,Voltage feedback loop control system output voltage is steady. The system can realize the output voltage keeping steady in 30-36V, achieve maximum output current above 2.5A, also makes the low Voltage and load regulation and fix power factor to 1. In addition, this system uses stm32f103ze for measuring and controling core, which used for output voltage and current, power factor measuring and displaying, While this system also has the adjustment function for output voltage.一. 方案论证1. 总体方案设计 系统主要由主电路，控制电路和测量电路，保护电路组成。

如图1-1所示，主电路输入的交流电经单相桥式不可控整流电路，再经过高频滤波电容后送给主电路；控制电路和测量电路包括PFC控制电路和单片机测量控制电路，PFC控制电路由专用PFC芯片组成，单片机测量控制电路主要是单片机通过AD对输出电压和输出电流进行采样测量；保护电路由PFC芯片的过压和过流保护，以及AD检测输出电流的大小，一旦过流，单片机控制继电器关断，以达到断电的目的 1-1 系统整体框图2. 控制方法分析及实现方案 为了实现本题目的要求，设计出一高功率因数电源，故本题的关键在于功率因数校正由电路的功率因数，其中为输入电压和输入电流的相位差，为输入电流失真系数，可知，要想提高电路的功率因数，要从以下两个方面考虑：⑴使输入电流与输入电压尽可能同相位⑵使输入电流尽可能趋近于正弦波形一般功率因数校正的控制方法有模拟控制方法和数字控制方法，为此设想了以下几种控制方案：方案一：采用DSP+BOOST实现 采用纯软件调整控制参数，比如，PWM波的占空比，一般的使用数字控制可以减少元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰，但限于本组知识和能力的限制，不选用该方案。

方案二：采用BOOST+UC3854实现 UC3854是一种工作于平均电流的的升压型有源功率因数校正电路，它的峰值开关电流近似等于输入电流是目前较为广泛使用的APFC电路 该方案所实现的PFC电路，,要调节UC3854的电压放大器，电流放大器和乘法器方案三：采用BOOST+UCC28019实现 UCC28019是TI公司新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于1％，实现了接近于l的功率因数UCC28019组成的PFC电路,只调节一个放大器的补偿网络即可 比较三种方案，发现方案二，设计步骤减少了好几步，相对来说简单易行，而且实验结果证明该方案完全达到题目的要求综上所述，选用方案三 二. 电路设计与参数计算 1.回路器件的选择及参数计算；2.1.1开关管的选择 本设计最大输出电压为36V，开关管实际最大漏源电流为6.588A，但是考虑到到实际电压电流尖峰和冲击，电压和电流余量分别取为2.5和2倍故开关管的最大正向耐压值大于90V，通过的正向电流大于13.18A基于上述要求，我们选用IRFP460.，其，，，完全能满足题目的要求。

2.1.2 续流二极管的选择 由于采用BOOST拓扑结构，通过续流二极管的最大电流为2.5A，承受反向的最大电压值为36V，为此选用MUR3060，其允许通过的最大正向电流为30A，反向耐压典型值为400V，完全满足题目的要求2.1.3 输入电感参数的计算 根据能量守恒定律，可知输入电流的有效值输入电流的峰值输入纹波电流 纹波电压 其中0.06为电压纹波系数 通过电感的峰值电流 感值为了留取一定的裕量，故选择感值1mH，允许通过电流最大值为10A左右的电感2.1.4 输入滤波电容参数的计算 输入滤波电容的作用是滤除高频成分 2.1.5 输出电容参数的计算 该电容的选择主要是满足输出电压保持时间；当要求在保持时间内，开关电源输出电压不低于30V时，则输出滤波电容容量按下式计算： 实际我们选择的滤波电容为：9400uF2.1.6 整流桥的选择通过整流桥中每个二极管的电流 反向承受电压为 我们选择金属封装的整流桥KBPC1510 ，其正向电流最大为15Ａ，反向耐压值为1000Ｖ，完全满足要求2.电路设计与参数计算；2.1.1 PFC控制电路的设计 PFC控制电路的设计也就是UCC28019外围电路的设计，电路图附页 采样电阻输入低压保护电阻：实际选1M 输出分压电阻 实际采用1000pF，其它器件选用如下： 2.1.2功率因素测量电路的设计 采用LM311滞回比较器、对隔离变压器二次侧的电压电流信号整形、处理为占空比固定的方波后，通过由74LS74构成的鉴相电路、得到输入电压、输入电流的相位差，然后通过单片机测量并显示功率因数值。

根据理论计算和实际测量结果，确定LM311的阈值电压为15mV2.1.3电压和电流测量电路的设计 ①电压测量电路的设计 为了进行输出电压的测量，我们将输出电压经过电阻分压到合适的值，然后经过电压跟随和AD的采集测量的精度在于所选用AD的精度，为此选用高精度的AD转换器ADS1286 ，原理图如附页 ②电流测量电路的设计 由于电流取样电阻不可能很大，实际我们选择0.1的康铜丝作为采样电阻，即使输出电流为2.5A的时候，输出电压也只有0.25V，为了提高测量精度，我们先将康铜丝两端的电压进行仪表放大和适当的滤波，然后进行电压跟随和AD采集，这里我们也选用12位分辨率的AD转换器ADS1286，原理图如附页2.1.4辅助电源的设计 考虑到功率因数测量电路与主电路不能共地的问题，我们设计了一个PFC芯片的供电电源的辅助电源 该电路是将主电路的整流桥后接两根线至LM317T稳压，调节分压电阻使输出电压为15V 3.设定及显示电路的设计；通过改变UCC28019芯片6脚Vsen处的反馈电压，可以精确调整到设定电压,，然后通过LCD12864液晶显示设定电压值、输出电压电流值、功率因数测量值、信号频率值。

具体接线图见附页三.系统测试与结果分析1.测试使用的仪器本次测试所使用的仪器如表3-1 表3-1 测试使用的仪器 测试仪器名称型号数量双踪示波器TDS10021高精度万用表VICTOR 8155 1普通万用表DT 920522. 测试结果⑴电压调整率测试测试方法：采用75Ω/4.5A 滑动变阻器当做负载，当系统达到稳定时(即输出额定电压值时)Uo=36V，调节滑动变阻器，使输出电流Io=1.2A的条件下，使U2从15V变到19V，测试输出电压和输入电压测试数据如表3-2-1：表3-2-1 电压调整率测试数据 二次侧电压/V1516171819输出电压/V35.4035.4135.4235.4335.43由上述数据知，电压调整率为⑵负载调整率测试测试方法：采用75Ω/4.5A 滑动变阻器当做负载，当系统大道稳定时(达到额定输出值时)，调节滑动变阻器，在输入电压为Ui=18V，输出电压在Uo=36V，的条件下从大到小改变负载电阻，保证输出电流Io=2A以内的条件下记录输出电压Uo和输出电流Io记录数据如表3-2-2： 表3-2-2 负载调整率测试数据输出电流/A0.60.91.8输出电压/V35.9735.7735.10由以上数据知，负载调整率=(3) 电压电流测量与显示测试。

测量次数输出电流值测量电流值误差10.50A0.49A1%21.00A0.98A0.5%31.20A1.18A0.35%测试方法：使用75Ω/4.5A 滑动变阻器当做负载，在系统输出电压稳定时，通过键盘设定输出电压，记录仪器测试的输出电压电流以及液晶显示值记录数据如表3-2-3a和3-2-3b测量次数设定电压输出电压值测量电压值误差136.0035.94V35.99V0.14%235.0034.99V34.96V0.09%330.0029.86V29.96V0.33% 表3-2-3a 输出电压测试数据 表3-2-3b 输出电流测试数据 (4) 功率因数测试 测试方法：用示波器的探头夹在鉴相的输出点，测量波形的占空比测试数据如表3-2-4I/ADPF0PF1误差0.50.5%0.9990.990.90%1.01.5%0.9960.990.60%1.51.6%0.9950.990.50%2.01.7%0.9940.990.40% 说明：I为输出电流值，D为示波器的测试的占空比， ，PF1为液晶显示的功率因数(5)输出电压的设定的测试测试方法：通过设定UCC28019芯片6脚处的反馈，可以精确调整到设定电压。

6)电流保护测试测试方法：使用75Ω/4.5A 滑动变阻器当做负载，调节负载大小，使输出电流达到2.5A时，通。