基于UC3854的功率因数校正技术研究.docx
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基于UC3854的功率因数校正技术研究
华侨大学厦门工学院
本科生毕业设计(论文)
题目:
基于UC3854的功率因数校正技术研究
姓名:
********
学号:
***********
系别:
电气工程系
专业:
电气工程及其自动化
年级:
*****
指导教师:
*******
2015年6月7日
独创性声明
本毕业设计(论文)是我个人在导师指导下完成的。
文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明;其他同志对本设计(论文)的启发和贡献均已在谢辞中体现;其它内容及成果为本人独立完成。
特此声明。
论文作者签名:
日期:
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学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅;学院可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。
保密的论文在解密后应遵守此规定。
论文作者签名:
指导教师签名:
日期:
基于UC3854的功率因数校正技术研究
摘要
上世纪九十年代以来,PFC控制技术越来越多的引起人们的关注。
功率因数校正(简称PFC)技术是电力电子技术的重要组成部分,并已经在越来越多的领域得到应用。
许多控制策略运用于PFC电路中,如平均电流控制﹑峰值电流控制﹑滞环控制等。
本文在参阅国内为大量文献的基础上,综合了近年来国内外功率因数校正的发展状况,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,选择BOOST变换器为主电路拓扑,采用平均电流控制的UC3854A控制器。
本文功率因数校正电路的设计,使电路的功率因数得到了明显改善,达到了设计要求,同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围,减少了对电网的污染。
根据参数,基于PAPICE环境下对功率因数前后的电路进行了仿真。
关键词:
功率因数校正,BOOST变换器,平均电流控制,仿真
I
Researchbasedonthepowerfactorofcorrectiontechnologywith
UC3854
Abstract
Theharmonicforvoltageandcurrent,lowerpowerfactorandlowerpowerefficiencyofpublicpowersystemisseriousincreasinglybecauseofmuchbigpowerelectronicequipmentinrecentyears.Usually,reactivecompensation,filtersforactiveofpowersystem.Butthepowerfactorcorrectiontechniqueisresearchbecauseitisaneffectivemethodtocontrolharmonicandimprovepowerfactorbyrecentyears.
NowadaysPFC(PowerFactorCorrection)invertersthatarebeingusedinmanyfoldsplayanimportantroleinthelife.Itisusedinmanyapplications.Duringthelastdecade,therehasbeingalargeinterestinPFC.Manycontrolmethodsareexplored,includingaveragecontrol,peakcurrentcontrol,hystereticcontrolled.
Thedevelopmentforpowerfactorcorrectionbothhereandabroadinrecentyearsissummarizedandthegoodandbadcharacteristicsforreactiveandactivepowerfactorcorrectionisanalyzedbrieflyandthebasicprincipleandcontrolmethodsofactivepowerfactorcorrectionisanalyzeddetailedafterreadamassofliteraturesbothhereandabroad.ThemainBOOSTconverterandUC3854controllerisdesignedandelementsofmainandcontrolcircuit.
Thepowerfactorofcircuitisimprovedobviouslyandsatisfieddesignrequireafterpowerfactorcorrectionandthetotalharmonicdistortionforcurrentiscontrolledinaband,sotheharmonicforvoltageandcurrentisreduced.ThecircuitwassimulatedbasedonMATLABaccordingtotheseparametersandcorrectnessofthedesignisprovedfirstlyafterusedcomparesimulationwaves.
Keywords:
PFC,BOOSTconverter,Averagecurrentcontrol,Simulation
目录
第1章绪论...................................................................................................................................1
1.1课题背景..........................................................................................................................1
1.3研究的主要内容..............................................................................................................1第2章功率因数校正...................................................................................................................3
2.1功率因数..........................................................................................................................3
2.2功率因数校正的一般方法...............................................................................................5
2.2.1无源功率因数校正...............................................................................................5
2.2.2有源功率因数校正................................................................................................5
2.3本章小结...........................................................................................................................7第3章单项功率因数校正技术...................................................................................................8
3.1Boost型PFC电路的构成及特点.....................................................................................8
3.1.1Boost型PFC电路的构成......................................................................................8
3.1.2Boost型PFC的特点............................................................................................8
3.2Boost型有源功率因数校正的控制方法.......................................................................9
3.2.1电流峰值控制法....................................................................................................9
3.2.2平均电流控制法..................................................................................................11
3.2.3滞环电流控制法..................................................................................................12
3.3UC3854A简介.................................................................................................................12
3.3.1UC3854A的主要特点..........................................................................................13
3.3.2UC3854A的内部结构..........................................................................................13
3.4本章小结.........................................................................................................................14第4章仿真Boost型功率因数校正电路.................................................................................15
4.1主电路参数设置..........................................................................................................15
4.1.1额定参数...........................................................................................................15
4.1.2主要电气参数...................................................................................................15
4.1.3升压电感的计算...............................................................................................16
4.1.4Cr、Cs、Lr及VD1、VD2、VD3.......................................................................17
4.2控制电路........................................................................................................................17
4.2.1控制电路的结构.................................................................................................17
4.2.2控制电路的设计.................................................................................................18
4.3开环电路仿真................................................................................................................20
4.4闭环仿真........................................................................................................................22
4.4.1电压控制环路部分...........................................................................................22
4.4.2电流控制环路部分...........................................................................................23
4.4.3仿真电路构成......................................................................................................23
4.4.4闭环仿真波形及分析..........................................................................................24
4.4.5仿真结果分析.....................................................................................................25
4.5本章小结.........................................................................................................................25结论...............................................................................................................................................35
参考文献.......................................................................................................................................36谢辞...............................................................................................................................................37
基于UC3854的功率因数校正技术研究
第1章绪论
1.1课题背景
随着工业技术的不断发展,出现了大量的新型电器设备,人们对电能的要求越来越高。
而功率因数的大小会影响电能质量的好坏。
过低的功率系数为设配和整个电网系统带来巨大损耗。
所以,如何提高功率因数成为了科员人员非常关注的课题。
功率因数是电力系统的一个重要的技术指标,伴随着电力电子技术的广泛应用,开关器件越来越多地用在各种电能变换装置中。
开关器件的引入一方面提高了装置的变换效
率,另一方面也带来了谐波污染和功率因数低下等问题。
为了消除谐波污染、改善装置的功率因数,功率因数校正技术应运而生。
由于环保意识和可持续发展的观念已深入人心,
高效率、高品质、无污染地使用电能,已经成为当今世界范围内的潮流,因此功率因数校正技术成为当今功率电子技术领域中的前沿和热点。
鉴于低功率因数带来的危害,功率因数校正变得非常必要,成为电力电子学研究的重
要方向之一。
改善用电设备功率因数的工作的重点主要是功率因数校正电路拓扑结构的研究和功率因数校正控制集成电路(如UC3842~UC3855A系列,KA7524,TDA4814等)的开发。
Boost电路作为一种基本的DC/DC变换器,由于具有电感电流连续、储能电感也兼作滤波器、可抑制RFI和EMI噪声、电流波形失真小、输出功率大、共源极使驱动电路简单等优点,已广泛应用于各种电源设计。
但典型Boost电路的功率因数及电路传输效率都有待改
进。
基于此,本设计研究了一种BoostPFC软开关电路,它通过构造辅助软开关电路,最终实现开关管的软开关。
电力电子装置的大量使用给电网带来谐波和无功,造成电网的“污染”,解决这种污
染的主要途径之一是使用有源功率因数校正技术。
它在传统的整流电路中加入有源开关,通过控制有源开关的通、断来强迫输入电流跟随输入电压变化,从而获得接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数本文研究的主要内容是BOOST型功率因数校正电路及其控制系
统设计,用以改善系统的功率因数,核心还是在如何提高系统功率因数。
1.3研究的主要内容
本文首先通过了解功率因数校正的基本原理型PFC电路的控制策略。
然后利用Boost型功率因数校正电路的工作原理及其典型控制策略。
最后本文通过仿真分析平均电流型Boost功率因数校正电路。
文章的具体框架如下:
第一章介绍了为什么要研究功率因数校正电路,以及研究功率因数的背景的意义。
第二章主要介绍了功率因数校正电路的具体分类以及一般功率因数校正的形式,然后
介绍了一般功率因数校正电路存在的问题。
文章将功率因数校正电路分为有源和无源功率因数校正电路,通过分析有源和无源的优缺点,我们选择了有源率因数校正电路。
第三章具体计算和分析各种类型的有源率因数校正电路,我们得出了平均电流型Boost
功率因数校正电路比其他类型的功率因数校正电路优秀。
本章对平均电流型Boost功率因数校正电路进行了详细的分析和介绍。
第四章仿真了平均电流型Boost功率因数校正电路,并通过仿真更加深刻理解了它。
功
率因数的校正是一个值得我们深入研究的领域,通过这篇文章研究发现,有源功率因数的校正还是很有研究价值的,虽然有源功率因数校正电路相对于无源功率因数校正技术电路结构复杂很多,但是,通过深入的研究电路元件参数和电路主体的关系,我们能够得到非
常理想的功率因数校正目标是有源功率因数校正中的平均电流型Boost功率因数校正电路。
基于UC3854的功率因数校正技术研究
第2章功率因数校正
2.1功率因数
功率因数校正可简单地定义为有功功率与视在功率之比,即:
有功功率
PF=
无功功率
由于输入电路的原因,开关模式电源对于电网电源表现为非线性阻抗。
输入电路通常由半波或全波整流器及其后面的储能电容器组成,该电容器能够将电压维持在接近于输入正弦波峰值电压值处,直至下一个峰值到来时对电容再进行充电。
在这种情况下,只在输入波形的各峰值处从输入端吸收电流,而且电流脉冲必须包含足够的能量,以便在下一个峰值到来之前能维持负载电压。
这一过程通过在短时间内将大
量电荷注入电容,然后由电容器缓慢地向负载放电来实现,之后再重复这一周期。
具体情况如下图所示:
图2-1.不带PFC的典型开关模式电源的输入特性
图2-2电流波形的谐波成分
华侨大学厦门工学院毕业设计(论文)
图2-2中可以看出,电流波形中的谐波成分中基本上没有偶次谐波,谐波的主要成分是
奇次谐波。
这明显体现出了波形对称的特性。
进一步讲,如果波形中包含的无限窄和无限高的脉冲波是,就会使得频谱变得更加平坦,这也就意味着所有谐波的波幅相同。
对谐波危害尚无深刻认识,在很长时间里并没有引起人们的足够重视。
一般来讲,凡是使用开关器件的装置都会产生谐波,谐波的产生都会引起功率因数的降低。
早期的电力电子装置中大量使用的晶闸管和不控整流二极管都是开关器件。
因此都会产生谐波污染和
功率因数低下等问题。
脉冲状的交流输入电流波形中还有大量的谐波电流成分,大量的谐波电流倒流入电网
即谐波辐射会对电网造成污染,谐波就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产
生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。
谐波电流流过
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- 基于 UC3854 功率因数 校正 技术研究