基于MC33262的高功率因数电路设计
基于MC33262的高功率因数电路设计[20200408095628]
摘 要
基于功率因数控制芯片MC33262，通过分析三种拓扑结构的优缺点，比较三种工作模式的好与坏，选择升压型临界导通模式下功率因数校正电路，来有效地提高功率因数。实验结果表明基于MC33262芯片的功率因数校正电路能在90~264V的大范围输入电压内能够得到稳定的直流输出电压。同时与未含有PFC的电路进行比较，含有PFC电路的PF值达到90%以上，远远大于未含PFC电路的PF值。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:有源功率因数校正 临界模式 MC33262芯片DesignofahighPowerFactorCircuitbasedonMC33262
IC MC33262目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景概述 1
1.1.1谐波电流的产生和危害 1
1.2 课题的研究现状及分析 1
1.3课题的主要研究内容 2
1.4 本论文的结构安排 3
2 功率因数校正的设计基础 4
2.1 功率因数校正的基本原理 4
2.1.1功率因数的定义 4
2.1.2功率校正因数和总谐波失真系数（THD）的关系 4
2.2 功率校正因数技术的分类 6
2.3 有源功率因数校正的主电路拓扑结构 7
2.4工作模式及其主要特点 9
3 MC33262芯片的系统方案设计 13
3.1 MC33262 原理图 13
3.2 基于MC33262的APFC电路结构 15
3.2.1输入端保护及滤波电路分析 15
3.2.2电路结构及其工作原理 16
4 电路的测试与分析 17
4.1 电路的测试环境 17
4.2 数据的测试与分析 20
结语 23
参考文献 24
致 谢 25
1 绪论
1.1 课题研究背景概述
1.1.1谐波电流的产生和危害
如今随着科学技术的日新月异，比如电脑，手机，各种家用电器这些需要一个开关电源来控制的电器的大批量投入生活之中，因为这些电器为非线性负载，会产生大量谐波电流进入电网之中，导致了市电的畸变和扭曲，产生高次谐波，结果就是会影响各种电器的使用，严重时可能会导致电器的损坏。
所以，大家把直流输入电流谐波成为电力的公害，下面是“电力公害”能带来的几个危害[1]：
（1）公共电网会被电力公害所污染。使公共电网不在纯净，夹杂着其他谐波电流。具体表现就是为电网电压发生失真，波形改变，影响电网的质量。
（2）谐波电流会使线路的功率因数降低，影响市电的利用率，造成电力的浪费。
（3）谐波电流会是三相四线制供电系统的中线电流大大增加，可能会使中线超负载，引起中线的损坏，然后发生火灾，烧毁电器，造成重大的经济损失。
（4）谐波电流的存在还会直接影响电器的寿命。比如像发电机，变压器和电动机，由于谐波电流的存在，产生附加的耗损和过热，导致无功补偿电容器发生LC谐振，然后电力电容器因为过电压或过负荷而损坏等。
（5）对自身系统和系统连在一起的其他设备产生影响，像自动控制装置，保护装置，继电器和电子计算机会因为谐波电流产生误动作或者直接干扰，导致计量仪器发生误判，无法精确进行测试，而电话网也会产生噪音，影响通话质量。
1.2 课题的研究现状及分析
对于电流谐波的危害，早在20世界80年代就引起了业内人士的关注，国际电工委员会在1982年制定了IEC555-2，这是涉及到谐波电流限制的第一个规范。在颁布IEC555-2之后，功率校正因数技术以及控制电路芯片得到了快速发展。
表1-1 IEC 61000-3-2对A类设备电网谐波电流的规定限值。
电流谐波次数 n 最大允许谐波电流值 (A)
奇 次 3 2.30
5 1.14
7 0.77
9 0.40
11 0.33
13 0.21
15~39 0.15*15/n
偶 次 2 1.08
4 0.43
6 0.30
8~40 0.23*8/n
起初，无源功率因数校正技术被人提出来，它具有简单的结构，电磁干扰较小等优点，但是由于自身很大的缺点，没有被引用至今。随后在80年代人们研究出了有源功率因数技术，最早的升压式功率因数校正电路是由美国专利局在1986年公布的“功率因数为1的电源”。而到了90年代，随着技术的进一步发展，集成芯片的加入使得有源功率因数校正技术再次得到了快速的发展，国外学者和科学家又提出了一些用于功率因数校正的其他不同电路的拓扑结构，新控制策略等，极大的简化了电路的控制与设计，将有源功率因数校正技术从理论提升到了实际应用之中。
而如今，我国提倡节约型社会，加上电力的供应短缺，功率因数校正技术在我国开始得到重视。随着社会的发展，功率因数校正技术正是我们需要进一步研究的项目，它能提高电力资源的利用，保证电网环境的安全，它是一个我们研究的极好的方向。
1.3课题的主要研究内容
本课题的主要研究内容是采用基于MC33262芯片为基础来提高功率因数的电路设计。其中包括：
（1）分析功率因数校正的原理
（2）研究临界模式下Boost拓扑的功率因数校正电路。
（3）测试含有PFC电路与未含PFC的电路的数据和波形图，分析比较两者之间的优缺点，说明PFC电路的优点。
1.4 本论文的结构安排
第一章绪论，用一段引言简要介绍了研究本课题的重要性，并讨论了本文研究的背景、意义及国内外对高功率因数电路校正的研究现状，简单阐述本文研究的内容。
第二章功率因数校正的设计基础。介绍功率因数的基本原理，以及临界模式下Boost拓扑结构的有源功率因数校正电路的工作原理。
第三章MC33262芯片的系统方案设计，先介绍了芯片的引脚信息，以及芯片原理，接下来介绍了基于MC33262的电路设计。
第四章分析测试数据图像，首先介绍了测试PFC电路所需要的仪器，然后将所得到的数据进行分析和整理，比较含有PFC电路和不含PFC电路两者的差别，最后进行结论分析2 功率因数校正的设计基础
2.1 功率因数校正的基本原理
2.1.1功率因数的定义
按照基本电工知识，功率因数（PF）它的定义为输入有功功率（P）与输入视在功率（S）的比值[3]，即：
（2-1）
图2-1功率因数之三角关系
式2-1中
：输入交流市电的基波电流有效值
：输入交流市电电流有效值，
γ= ：输入电流波形的畸变因数，
cos φ ：基波电流和基波电压之间的相移因数
由此可见，功率因数是由相移因数cos φ与输入电流的波形的畸变因数 γ的乘积构成。即：功率因数是由输入交流电电流波形的畸变因数γ和输入交流电的基波电压与基波电流的相位差φ这两个主要因素来决定的。
2.1.2功率校正因数和总谐波失真系数（THD）的关系
功率因数不仅仅与输入电压和输入电流或者输入电流的基波之间的相位角有关系外，同时它还与谐波电流和总谐波失真(THD)有着密切的关系，而电流的谐波量就取决于电压或电流的波形。
对于开关电源的畸变正弦波，可以用傅立叶级数来表达。按照傅立叶变换原理，瞬时电流可以表示为[4]
（2-2）
（2-3）
摘 要
基于功率因数控制芯片MC33262，通过分析三种拓扑结构的优缺点，比较三种工作模式的好与坏，选择升压型临界导通模式下功率因数校正电路，来有效地提高功率因数。实验结果表明基于MC33262芯片的功率因数校正电路能在90~264V的大范围输入电压内能够得到稳定的直流输出电压。同时与未含有PFC的电路进行比较，含有PFC电路的PF值达到90%以上，远远大于未含PFC电路的PF值。
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关键字:有源功率因数校正 临界模式 MC33262芯片DesignofahighPowerFactorCircuitbasedonMC33262
IC MC33262目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景概述 1
1.1.1谐波电流的产生和危害 1
1.2 课题的研究现状及分析 1
1.3课题的主要研究内容 2
1.4 本论文的结构安排 3
2 功率因数校正的设计基础 4
2.1 功率因数校正的基本原理 4
2.1.1功率因数的定义 4
2.1.2功率校正因数和总谐波失真系数（THD）的关系 4
2.2 功率校正因数技术的分类 6
2.3 有源功率因数校正的主电路拓扑结构 7
2.4工作模式及其主要特点 9
3 MC33262芯片的系统方案设计 13
3.1 MC33262 原理图 13
3.2 基于MC33262的APFC电路结构 15
3.2.1输入端保护及滤波电路分析 15
3.2.2电路结构及其工作原理 16
4 电路的测试与分析 17
4.1 电路的测试环境 17
4.2 数据的测试与分析 20
结语 23
参考文献 24
致 谢 25
1 绪论
1.1 课题研究背景概述
1.1.1谐波电流的产生和危害
如今随着科学技术的日新月异，比如电脑，手机，各种家用电器这些需要一个开关电源来控制的电器的大批量投入生活之中，因为这些电器为非线性负载，会产生大量谐波电流进入电网之中，导致了市电的畸变和扭曲，产生高次谐波，结果就是会影响各种电器的使用，严重时可能会导致电器的损坏。
所以，大家把直流输入电流谐波成为电力的公害，下面是“电力公害”能带来的几个危害[1]：
（1）公共电网会被电力公害所污染。使公共电网不在纯净，夹杂着其他谐波电流。具体表现就是为电网电压发生失真，波形改变，影响电网的质量。
（2）谐波电流会使线路的功率因数降低，影响市电的利用率，造成电力的浪费。
（3）谐波电流会是三相四线制供电系统的中线电流大大增加，可能会使中线超负载，引起中线的损坏，然后发生火灾，烧毁电器，造成重大的经济损失。
（4）谐波电流的存在还会直接影响电器的寿命。比如像发电机，变压器和电动机，由于谐波电流的存在，产生附加的耗损和过热，导致无功补偿电容器发生LC谐振，然后电力电容器因为过电压或过负荷而损坏等。
（5）对自身系统和系统连在一起的其他设备产生影响，像自动控制装置，保护装置，继电器和电子计算机会因为谐波电流产生误动作或者直接干扰，导致计量仪器发生误判，无法精确进行测试，而电话网也会产生噪音，影响通话质量。
1.2 课题的研究现状及分析
对于电流谐波的危害，早在20世界80年代就引起了业内人士的关注，国际电工委员会在1982年制定了IEC555-2，这是涉及到谐波电流限制的第一个规范。在颁布IEC555-2之后，功率校正因数技术以及控制电路芯片得到了快速发展。
表1-1 IEC 61000-3-2对A类设备电网谐波电流的规定限值。
电流谐波次数 n 最大允许谐波电流值 (A)
奇 次 3 2.30
5 1.14
7 0.77
9 0.40
11 0.33
13 0.21
15~39 0.15*15/n
偶 次 2 1.08
4 0.43
6 0.30
8~40 0.23*8/n
起初，无源功率因数校正技术被人提出来，它具有简单的结构，电磁干扰较小等优点，但是由于自身很大的缺点，没有被引用至今。随后在80年代人们研究出了有源功率因数技术，最早的升压式功率因数校正电路是由美国专利局在1986年公布的“功率因数为1的电源”。而到了90年代，随着技术的进一步发展，集成芯片的加入使得有源功率因数校正技术再次得到了快速的发展，国外学者和科学家又提出了一些用于功率因数校正的其他不同电路的拓扑结构，新控制策略等，极大的简化了电路的控制与设计，将有源功率因数校正技术从理论提升到了实际应用之中。
而如今，我国提倡节约型社会，加上电力的供应短缺，功率因数校正技术在我国开始得到重视。随着社会的发展，功率因数校正技术正是我们需要进一步研究的项目，它能提高电力资源的利用，保证电网环境的安全，它是一个我们研究的极好的方向。
1.3课题的主要研究内容
本课题的主要研究内容是采用基于MC33262芯片为基础来提高功率因数的电路设计。其中包括：
（1）分析功率因数校正的原理
（2）研究临界模式下Boost拓扑的功率因数校正电路。
（3）测试含有PFC电路与未含PFC的电路的数据和波形图，分析比较两者之间的优缺点，说明PFC电路的优点。
1.4 本论文的结构安排
第一章绪论，用一段引言简要介绍了研究本课题的重要性，并讨论了本文研究的背景、意义及国内外对高功率因数电路校正的研究现状，简单阐述本文研究的内容。
第二章功率因数校正的设计基础。介绍功率因数的基本原理，以及临界模式下Boost拓扑结构的有源功率因数校正电路的工作原理。
第三章MC33262芯片的系统方案设计，先介绍了芯片的引脚信息，以及芯片原理，接下来介绍了基于MC33262的电路设计。
第四章分析测试数据图像，首先介绍了测试PFC电路所需要的仪器，然后将所得到的数据进行分析和整理，比较含有PFC电路和不含PFC电路两者的差别，最后进行结论分析2 功率因数校正的设计基础
2.1 功率因数校正的基本原理
2.1.1功率因数的定义
按照基本电工知识，功率因数（PF）它的定义为输入有功功率（P）与输入视在功率（S）的比值[3]，即：
（2-1）
图2-1功率因数之三角关系
式2-1中
：输入交流市电的基波电流有效值
：输入交流市电电流有效值，
γ= ：输入电流波形的畸变因数，
cos φ ：基波电流和基波电压之间的相移因数
由此可见，功率因数是由相移因数cos φ与输入电流的波形的畸变因数 γ的乘积构成。即：功率因数是由输入交流电电流波形的畸变因数γ和输入交流电的基波电压与基波电流的相位差φ这两个主要因素来决定的。
2.1.2功率校正因数和总谐波失真系数（THD）的关系
功率因数不仅仅与输入电压和输入电流或者输入电流的基波之间的相位角有关系外，同时它还与谐波电流和总谐波失真(THD)有着密切的关系，而电流的谐波量就取决于电压或电流的波形。
对于开关电源的畸变正弦波，可以用傅立叶级数来表达。按照傅立叶变换原理，瞬时电流可以表示为[4]
（2-2）
（2-3）
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