电网功率因数控制电路的实现说明书(栋斌)..doc

毕业设计说明书 课题名称： 电网功率因数控制电路的实现 学生姓名 刘栋斌 学 号 100202103223 二级学院（系） 电气电子工程学院 专 业 机电一体化 班 级 机电1032 指导教师 张方军 起讫时间：2013年2月21日～2013年4 月10日 课题名称: 电网功率因数控制电路的实现 摘 要 功率因数校正PFC（Power Factor Correction）是治理谐波污染的一种有效方法。论文介绍了传统有源功率因数校正（APFC）的工作原理，分析了其主电路在应用中因二极管反向恢复产生的电流冲击与纹波噪声等问题，设计了一种带中心抽头电感的单相Boost高功率因数校正器，该电路采用平均电流模型UC3854，它通过脉宽调制输出的一连串脉冲信号来控制电路中开关晶体管的导通与截止，从而将输入电流与输出电压的相位重新调整到同相状态，最终达到功率因数校正的目的。 与传统型功率因数校正主电路相比，该主电路拓扑结构只是在电感磁环上增加了几匝线圈，引出了一个中心抽头，能够有效地抑制电流冲击，降低纹波噪声，提高了功率因数校正主电路的可靠性，分析了尖端失真、输出电压飘升以及重载下输出电压参数调整等实际问题，并给出了相应的解决方案。同时，还设计了UC3854的引脚保护电路和电流放大器的箝位电路。仿真与试验结果表明，该Boost功率因数校正器设计合理，性能可靠，功率因数可达到0.99，而且与当今通用的PFC控制电路兼容 关键词：机械设计；功率因数校正；整流器 目 录 摘 要 I 第1章 引言 1 1.1 研究课题的意义 1 1.2 功率因数校正技术的研究现状 3 1.3 主要研究内容 4 第二章 单相功率因数校正的基本原理 5 2.1 功率因数的基本概念 5 2.1.1 功率因数的定义 5 2.1.2 功率因数PF与总电流谐波畸变(THD)的关系 5 2.1.3 功率因数校正的分类 6 2.2 有源功率因数校正的基本原理 6 第三章 有源功率因数校正主电路方案论证 8 3.1单相功率因数校正电路在实际应用中的问题 8 3.2 三种改进型单相功率因数校正主电路拓扑 10 3.3 方案比较 12 第四章 系统仿真及分析 13 4.1输入电压输入电流波形仿真 13 4.2 谐波分析 15 4.3 关键点波形 17 4.4 应用 Protel 绘制原理图 18 第5章 结论 20 参 考 文 献 21 致 谢 22 第1章 引言 1.1 研究课题的意义 随着功率因数校正技术（Power Factor Correction，PFC）是电力电子产品满足绿色环保要求的必需手段，是未来开关电源发展的关键技术之一。传统的功率因数概念是在线性负载（如电阻、电感等）条件下得到的，此时，交流电路中的电压和电流为同频率的正弦波，相位差为φ，功率因数PF =。最早由于使用大量交流电电机和各种电磁开关以及照明用电大量使用日光灯等感性负载，对于功率因数校正技术的研究，人们通常在感性负载两端并联移相电容，用容性无功功率补偿感性无功功率。 基于进一步限制电流波形畸变和谐波，使电磁环境更加干净的宗旨，一些世界性的学术组织提出了谐波限制标准，如IEC555-2，IEEE519等。其中，IEC555-2标准自1994年起已在欧盟国家全面实施，所有在欧盟市场销售的用电装置都必须满足这一标准。采用现代高频功率变换技术的有源功率因数校正技术是解决谐波污染最有效的手段。与传统的PFC电路相比，有源PFC电路的输入电流接近正弦波且与输入电压同相位，因此避免了对同一电网上其他用电设施的干扰。 从PFC技术的发展历程来看，人们最早是采用电感器和电容器构成的无源网络进行功率因数校正。采用这种技术所需的滤波电容器和滤波电感器的体积和重量较大，因此电路往往较笨重，并且对于输入电流波形中的谐波电流的抑制效果并不理想。 早期的有源功率因数校正电路主要是晶闸管电路，进入上世纪八十年代以来，电力电子设备中开关电源、相控整流器等非线性负载大量投入使用，给PFC技术提出了新的问题。随着功率半导体器件的发展，开关电源技术突飞猛进，有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）技术应运而生。1986年美国公布《功率因数等于1的电源》的专利，这是最早的较完整的升压式PFC电路。起初