01 三江学院毕业设计(论文)开题报告

三江学院

毕业设计开题报告

课 题 名 称： 开关电源功率因数校正电路设计 学 生 姓 名： 邱圣杰 指 导 教 师： 陈刚 讲师 所 在 系 部： 电气与自动化工程学院 专 业 名 称： 电气工程及其自动化

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2015年 3 月 6 日

三江学院毕业设计（论文）开题报告

足降低待机能耗、提高工作效率和 EMI 限制等高效指标。 功率因数校正解决方案的选择范围包括无源电路到各种有源电路， 因应用的 功率水平和其他参数的不同， 解决方案也会有所不同。近年来随着分立半导体元 件的发展和更低价格的控制 IC 上市，进一步拓宽了有源 PFC,解决方案的适用 范围。在评估 PFC

,解决方案时，重要的是要把整个系统的实施成本和性能结合 起来进行综合评估。 (1) 提高功率因数的意义 1) 提高功率因数是节能的要求 功率因数的大小意味着在视在功率相同的情况下，所能提供给负载有功率的大 小。若将功率因数从 0.65.提高到 0.90,则容量为 1000kV;A 的发电机可带动功 率为 10kV;A。A 的电动机的台数从 65 台增加到 90 台。可见，提高因数能更充分 地利用发电机设备的容量。功率因数小，不仅浪费能源，而且使线路上的电流增 加，损耗增大，同时还存在火灾隐患。 2) 提高因数是提高电能质量，保证电力系统安全稳定运行的要求 近年来，电流波形失真已经继相移因数成为第二个导致功率因数低的主要原因。 大量高次谐波电流涌入各级电网，引起公用电网的电压波形发生失真、三相电压 不对称及电压的波动和闪变，严重威胁电网和各种用电设备的安全经济运行。 3)提高功率因数是各国限制电网谐波标准的要求 我国及国外许多国家均制定、 颁发了控制和限制电力系统谐波的标准，其目的主 要是为了控制电网中电压和电流波形失真在允许范围内， 保护用电设备的安全运 行，减少电网污染对通信系统造成的干扰。 功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形， 以使从电源吸取的有功 功率最大化。在理想情况下，电器应该表现为一个纯电阻负载，此时电器吸收的 反射功率为零。 在这种情况下， 本质上不存在输入电流谐波。 电流是输入电压(通 常是一个正弦波)的完美复制品，而且与其同相。在这种情况下，对于进行所需 工作所要求的有功功率而言， 从电网电源吸收的电流最小，而且还减小了与配电 发电以及相关过程中的基本设备有关的损耗和成本。由于没有谐波，也减小了与 使用相同电源供电的其他器件之间的干扰。当今众多电源采用 PFC,的另一个原 因，是为了符合规范要求。

现在，欧洲的电气设备必须符合欧洲规范 EN61000.3.2。这一要求适用于大 多数输入功率为 75W 或以上的电器，而且它规定了包括高达 39 次谐波在内的工 频谐波的最大幅度。 虽然美国还没有提出此类要求，但是希望在全球销售产品的 电源制造商正在设计符合这一要求的产品。

3 文献综述 APFC 技术主要采用一个变换器串入整流滤波与 DC/DC 变换器之间，通过特 殊的控制，一方面强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数；另一方 面反馈输出电压使之稳定，从而使 DC/DC 变换器的输入实现预稳。 功率因数补偿控制专用芯片 MC33262 的电流控制方式是峰值电流控制方 式 。它的基本思想是采用一个正弦基准电流作为上限，由输出检

测信号经误差 放大后与输入全波电压的检测信号相乘获得，下限则为零。具体过程是通过检测 开关电流与正弦基准电流相比较，当达到该基准电流时关断开关，在电感电流为 零时再次开通。 这种控制使得电感电流为临界电流工作状态。检测开关管流过电 流， 将所得电压信号送入 MC33262 内部的零电流比较器。该比较器电流基准值由 乘法器输出供给。 乘法器有两个输入，一个是变换器输出电压与基准电压之间的 误差信号； 另一个为全波整流后输出电压采样值。因此电流基准为双半波正弦电 压， 令电感电流的峰值包络线跟踪该输入电压的波形，使输入电流与输入电压同 相位，并接近正弦。 当输出电压上升时，误差放大器输出电压下降，使乘法器 输出的基值电流值下降，开关管的导通时间缩短，流过电感的电流下降，从而使 输出电压下降。反之，使输出电压上升，以达到稳定输出电压的目的。由于乘法 器输入取样来自全桥整流的输出， 所以乘法器的输出和全桥整流输出电压波形的 相位相同， 从而使电感电流的平均值和整流输出电压同相，达到功率因数补偿之 目的。 这种控制方式的主要优点：工作在电流连续状态，开关电流额定值小，电流 有效值小，EMI 滤波器小；比其它电流控制方法易于实现；快速过流保护。需要 注意的问题是：电感电流的峰值(它是控制的基准)与高频状态空间平均值之间 的误差，在一定时间下相当大，以至无法满足使 THD 很小的要求，电源电压过零 时电流失真较大；控制电路复杂，需检测开关电流；峰值对噪声相当敏感。该功 率因数校正电路同时引入电压和电流反馈，构成一个双环控制系统，具有整流和

稳压功能，即整流要求输入功率因数为 0.9 以上，实现输入电流整形，使之成为 与电压同相位的标准正弦波，稳压要求输出电压稳定。 采用 MC33262 构成的有源功率因数校正电路的最大特点是采用零电流导通 模式控制，开关 MOS 管的通、断受控于 MC33262 芯片内的零电流检测器，当零电 流检测器中的电流降为零时，MOS 管导通，此时电感 L 开始储能，电流增加。

4 研究内容及方案 (1)研究内容 通过所学的电子技术知识， 分析有源功率校正电路的分类，以及优点等相关 的知识，对有关元件进行选举然后设计出基于 IR1150 的功率因数校正电路的设 计。IR1150 是单周期控制的功率因数校正芯片,采用的是电流连续控制模式,相 对于传统的 PFC 控制芯片,它的外围电路设计更简单,同时可以达到同样的控制 效果。 (2)研究方案 1)熟悉所学的电子技术知识； 2)掌握有关的有源功率因数的知识； 3)了解 IR1150 的原

理和应用； 4)设计出以 IR1150 为主控芯片的功率因数校正电路； 5)给出整体设计电路和实验波形； 6)对电路中的重要参数进行了计算； 7)用 MATLAB 对电路进行仿真分析； 8)表明了 IR1150 使用方便,对功率因数的校正具有很好的效果。

5 参考文献 [1] 李先祥.开关电源功率因数校正系统设计技术.佛山科学技术学院学报 (自然科学版).2000 年 02 期. [2] 石新春，霍利民.电力电子技术与谐波抑制.华北电力大学学报.2002 年 01 期. [3] 高勇.有源电力滤波器的 M a t l a b 仿真.2013 年 01 期. [4] 糜晓宇.有源功率因数校正电路在 BOOST 型电路中的应用研究.2007 年. [5] 刘超.升压型 AC-DC 有源功率因数校正控制器的设计.2009 年.