一种boost型的pfc电路设计(附件)【字数：9101】
摘 要最近这半个世纪以来，因为大功率的电力电子设备在工厂与生活中的普遍运用，电网中的谐波电流和电压污染情况表现的愈加严重。为了有效的抑制谐波及提升功率因数，人们常常用有源和无源滤波器来改善网格环境。近年来，功率因数校正（PFC）是降低谐波污染、提升功率因数的合理途径。功率因数校正即（PFC）技术是电子与电力科学技术非常的关键一环，被人们运用在生活的方方面面。自上世纪90年代以来，PFC控制技术越来越受到人们的重视。PFC电路运用了多种控制方法，如平均电流控制法、峰值电流控制法、滞环控制法等。本文在参阅多部相关的科学论文、期刊和书籍的前提下，综合近些年东西方发展现状，简单阐述了功率因数的基本概念和有源功率因数校正与无源功率因数校正的优点和缺点，并细致介绍了有源功率因数校正方法的具体知识和选择Boost变换器的主电路拓扑结构控制的缘由,并设计了一种BOOST的PFC电路。正是因为功率因数校正电路的应用，显著的提升了电路的功率因数，完成了运作目标，与此同时电路的总谐波失真系数控制在可接受的规范内，有效的降低了电网的污染。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2谐波电流的危害 1
1.3功率因数校正的现状与发展 2
1.4论文内容安排 2
第二章 功率因数校正 3
2.1功率因数 3
2.1.1功率因数的概念 3
2.1.2功率因数校正的原理 5
2.2有源功率因数校正 6
第三章 升压型功率因数校正技术 10
3.1BOOST型PFC电路的结构和特点 10
3.1.1BOOST型PFC电路的结构 10
3.1.2BOOST型PFC电路的特点 10
3.3.电路的选择 15
第四章 电路的设计 16
4.1simplis仿真软件的简介 16
4.2主电路的选择 16
4.2.1设计参数表 16
4.2.2仿真图的绘制 16
4.3BOOST型PFC电路的仿真 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
22
附 录 23
附录A BOOST型PFC电路的电路图 23
附录B SIMPLIS软件仿真结果 24
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
伴着电子科学技术的进步和应用，电子器件种类多种多样，电源已成为这些电子设备无法缺少的一部分。同时，他们的要求也越来越高。近年来，开关电源因为拥有着高效率、高功率密度、高电压调节、占空间小、重量小等众多优势[1]，在电力领域占据着主导地位。然而，大部分开关电源通过整流器与电网连接[2]。通常由二极管或晶闸管组合起来的非线性电路就是传统型的整流器。这导致开关电源的输入阻抗是电容性的[3]，在网络侧存在大的相位差的输入电压和输入电流，网侧输入电流特别非正弦脉冲，因此功率因数很小，谐波成分很多[4]，对电力系统的谐波污染很大。为此，对各种电子设备的发展，国际电工委员会，相应的谐波标准，中国国内的委员会也提出了相应的谐波标准[5]。传统的整流电路因为谐波过大而面临之前从没遇过的难题。为了确保开关电源输入波形合乎规范，PFC技术已成为当今电源设计领域非常活跃且有可观的研究价值的研究热点[6]。
1.2谐波电流的危害
通常情况下，开关器件的应用会造成谐波，谐波的产生会造成功率因数的低下[7]。在电力电子器件的早期阶段，采用晶闸管和非可控整流二极管当做开关装置。因此，功率因数非常小的情况时有发生同时也会伴随着一定的谐波污染[8]。
AC输入端口输出的电流中一般都会有大量的的谐波成分，这些谐波电流进入电网，而这些谐波辐射会污染电网，输出的正弦电压以及电流在一定的情况下可能会发生与原来频率不一样的情况[9]。
谐波的主要危害：
（1）谐波电流会导致电网电压波形失真，甚至有时会造成因为电路谐振而引起的过电压的现象，往往会导致事故的发生[10]。
（2）加大了电路中的功耗，减小发电等一系列流程及设备的利用效率。
（3）一定情况下的电气设备的操作不规范，加快了器件磨损，因此减短了器件的寿命。
（4）会发生继电保护等一系列的情况，导致许多电路中的器件运作反常导致报废。
（5）测量仪器进行测量时不能得出有效的数值。
（6）影响通信系统，降低通信系统正常工作时的信号传输的稳定性，甚至会对系统内的设备造成毁灭性的损坏[11]。
可见光谐波的存在极大地污染了公共电网的环境，必须对其进行抑制和消除。谐波抑制方式：一是利用电路中的器件使得输入电压与电流拥有着相同的相位。二是产生无谐波装置[12]。
1.3功率因数校正的现状与发展
大体上存在着有源和无源这两种主要的功率因数校正方式[13]。无源功率因数校正技术是在电路的整流器和电容之间串联一个滤波器，或者是直接加上一个谐振滤波器。无源功率因数校正的功率因数没有有源功率因数校正高，但相比较来说相对简单，价格成本也比较低，所以说中小容量的电子设备中无源功率因数校正技术仍然被广泛采用[14]。有源功率因数校正是在整流器和负载之间接入一个PFC转换器，应用电流反馈的原理，使电路中电感上的电流波形与输入电压相位相一致，使输入功率因数能够提高到0.99或更高[15]。有源功率因数校正的优点是所占空间小，重量小，功率因数能接近1，结果最接近理想化。
1.4论文内容安排
1、了解功率因数校正PFC电路等一系列的相关知识。2、分析Boost功率因数校正电路的运行方式和主要常运用到的一些控制方式。3、平均电流模式升压功率因数校正电路的仿真及判断。
第二章 功率因数校正
2.1功率因数
2.1.1功率因数的概念
功率因数是电路电源设计中的关键技术指标。功率因数低，说明电路中做的无用功过多导致效率低下，增加了电路的一系列损耗。一般在交流电路中，功率因数一般用电压和电流之间的相位差来表示，一般情况下可以用余弦函数来表示。再简单来说，功率因数可以由有功功率除视在功率来表示，这也是计算功率因数的一种最简单可靠的方式。
由于功率因数校正器的主要功能是提高功率因数和总谐波畸变因数，那便先得提到PF和THD。
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图21 Vs波形
输入电流可以扩展成一个基本波is1及其他谐波的总和。如图21所示，如果输入电压vs为标准正弦波，输入电压vs为：
式(2.1)
在这之中，Vs是vs的有效值，是基波频率，当电源电流is无直流成份的时候，那么is为：
式(2.2)
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2谐波电流的危害 1
1.3功率因数校正的现状与发展 2
1.4论文内容安排 2
第二章 功率因数校正 3
2.1功率因数 3
2.1.1功率因数的概念 3
2.1.2功率因数校正的原理 5
2.2有源功率因数校正 6
第三章 升压型功率因数校正技术 10
3.1BOOST型PFC电路的结构和特点 10
3.1.1BOOST型PFC电路的结构 10
3.1.2BOOST型PFC电路的特点 10
3.3.电路的选择 15
第四章 电路的设计 16
4.1simplis仿真软件的简介 16
4.2主电路的选择 16
4.2.1设计参数表 16
4.2.2仿真图的绘制 16
4.3BOOST型PFC电路的仿真 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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附 录 23
附录A BOOST型PFC电路的电路图 23
附录B SIMPLIS软件仿真结果 24
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
伴着电子科学技术的进步和应用，电子器件种类多种多样，电源已成为这些电子设备无法缺少的一部分。同时，他们的要求也越来越高。近年来，开关电源因为拥有着高效率、高功率密度、高电压调节、占空间小、重量小等众多优势[1]，在电力领域占据着主导地位。然而，大部分开关电源通过整流器与电网连接[2]。通常由二极管或晶闸管组合起来的非线性电路就是传统型的整流器。这导致开关电源的输入阻抗是电容性的[3]，在网络侧存在大的相位差的输入电压和输入电流，网侧输入电流特别非正弦脉冲，因此功率因数很小，谐波成分很多[4]，对电力系统的谐波污染很大。为此，对各种电子设备的发展，国际电工委员会，相应的谐波标准，中国国内的委员会也提出了相应的谐波标准[5]。传统的整流电路因为谐波过大而面临之前从没遇过的难题。为了确保开关电源输入波形合乎规范，PFC技术已成为当今电源设计领域非常活跃且有可观的研究价值的研究热点[6]。
1.2谐波电流的危害
通常情况下，开关器件的应用会造成谐波，谐波的产生会造成功率因数的低下[7]。在电力电子器件的早期阶段，采用晶闸管和非可控整流二极管当做开关装置。因此，功率因数非常小的情况时有发生同时也会伴随着一定的谐波污染[8]。
AC输入端口输出的电流中一般都会有大量的的谐波成分，这些谐波电流进入电网，而这些谐波辐射会污染电网，输出的正弦电压以及电流在一定的情况下可能会发生与原来频率不一样的情况[9]。
谐波的主要危害：
（1）谐波电流会导致电网电压波形失真，甚至有时会造成因为电路谐振而引起的过电压的现象，往往会导致事故的发生[10]。
（2）加大了电路中的功耗，减小发电等一系列流程及设备的利用效率。
（3）一定情况下的电气设备的操作不规范，加快了器件磨损，因此减短了器件的寿命。
（4）会发生继电保护等一系列的情况，导致许多电路中的器件运作反常导致报废。
（5）测量仪器进行测量时不能得出有效的数值。
（6）影响通信系统，降低通信系统正常工作时的信号传输的稳定性，甚至会对系统内的设备造成毁灭性的损坏[11]。
可见光谐波的存在极大地污染了公共电网的环境，必须对其进行抑制和消除。谐波抑制方式：一是利用电路中的器件使得输入电压与电流拥有着相同的相位。二是产生无谐波装置[12]。
1.3功率因数校正的现状与发展
大体上存在着有源和无源这两种主要的功率因数校正方式[13]。无源功率因数校正技术是在电路的整流器和电容之间串联一个滤波器，或者是直接加上一个谐振滤波器。无源功率因数校正的功率因数没有有源功率因数校正高，但相比较来说相对简单，价格成本也比较低，所以说中小容量的电子设备中无源功率因数校正技术仍然被广泛采用[14]。有源功率因数校正是在整流器和负载之间接入一个PFC转换器，应用电流反馈的原理，使电路中电感上的电流波形与输入电压相位相一致，使输入功率因数能够提高到0.99或更高[15]。有源功率因数校正的优点是所占空间小，重量小，功率因数能接近1，结果最接近理想化。
1.4论文内容安排
1、了解功率因数校正PFC电路等一系列的相关知识。2、分析Boost功率因数校正电路的运行方式和主要常运用到的一些控制方式。3、平均电流模式升压功率因数校正电路的仿真及判断。
第二章 功率因数校正
2.1功率因数
2.1.1功率因数的概念
功率因数是电路电源设计中的关键技术指标。功率因数低，说明电路中做的无用功过多导致效率低下，增加了电路的一系列损耗。一般在交流电路中，功率因数一般用电压和电流之间的相位差来表示，一般情况下可以用余弦函数来表示。再简单来说，功率因数可以由有功功率除视在功率来表示，这也是计算功率因数的一种最简单可靠的方式。
由于功率因数校正器的主要功能是提高功率因数和总谐波畸变因数，那便先得提到PF和THD。
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图21 Vs波形
输入电流可以扩展成一个基本波is1及其他谐波的总和。如图21所示，如果输入电压vs为标准正弦波，输入电压vs为：
式(2.1)
在这之中，Vs是vs的有效值，是基波频率，当电源电流is无直流成份的时候，那么is为：
式(2.2)
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