uc3854单相有源功率因数校正电路设计与仿真(附件)【字数：14188】
摘 要随着非线性大功率电力电子装置的广泛应用，大量谐波电流注入到电网，降低了电网侧功率因数，影响电网稳定运行。为了抑制谐波污染，提高功率因数，有源功率因数校正技术近年来被广泛应用。本文详细研究了有源功率因数校正技术的工作原理，对比了APFC变换器的几种电路拓扑，选择Boost电路作为主功率拓扑，分析了Boost型APFC的三种工作模式，重点研究了CCM模式的控制方法，然后采用基于平均电流控制的集成控制芯片UC3854设计控制环路。设计了额定功率为400W的两级式Boost型APFC电路，计算了主功率电路和控制芯片外围电路的参数。最后利用saber软件对电路进行仿真，仿真结果表明，设计的APFC电路可以实现功率因数校正功能。
目 录
第一章 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 谐波电流对电网的危害 2
1.3 功率因数校正技术的意义 2
1.4 研究现状 2
1.5 本文主要工作 2
第二章 功率因数校正电路的工作原理 2
2.1 功率因数的定义 2
2.2 无源功率因数校正的基本原理 2
2.3 有源功率因数校正的基本原理 2
2.4 APFC变换器的电路拓扑 2
第三章 Boost型有源功率因数校正电路 2
3.1 Boost型APFC的工作模式 2
3.1.1 CCM工作模式 2
3.1.2 CRM工作模式 2
3.1.3 DCM工作模式 2
3.2 CCM模式的控制方法 2
3.2.1 峰值电流控制 2
3.2.2 滞环电流控制 2
3.2.3 平均电流控制 2
3.3 UC3854集成控制芯片 2
3.3.1 UC3854的特点 2
3.3.2 UC3854引脚图及内部结构 2
3.3.3 基于UC3854的APFC工作原理 2
第四章 电路主要参数设计 2
4.1 升压电感的设计 2
4.2 输出滤波电容计算 2
4.3 开关管的选取 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.4 电流采样电阻 2
4.5 峰值电流限流电阻 2
4.6 振荡器设计 2
4.7 电流误差放大器补偿网络设计 2
4.8 电压误差放大器补偿网络设计 2
第五章 Boost 型APFC电路仿真与分析 2
5.1 saber简介 2
5.2 基于saber的仿真 2
5.2.1 不同功率等级的仿真波形 2
5.2.2 不同输入电压时的仿真波形 2
5.3 仿真结果分析 2
结束语 2
致 谢 2
参考文献 2
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
在人们生产生活中，从电网接入的交流电一般需要经过转换才能得到符合需要的电能。电力电子技术的发展为电能转换提供了强有力的技术支持，提高了人们对电力的使用效率。但是大量大功率电力电子装置接入电网以及非线性负荷的增加，电力系统中谐波污染的问题也日益严峻。大多数大功率电力电子装置功率因数较低，向电网注入大量的谐波污染，严重影响系统稳定性[12]。因此谐波污染的治理势在必行。对此，国际电工委员会制定了谐波限制标准IEC 610032用以限制用电设备的谐波，我国也公布了相应的谐波标准国标GB/T 176251341。解决谐波污染的有效方法是功率因数校正技术（PFC），分为无源功率因数校正和有源功率因数校正，其中有源功率因数校正技术(APFC)功率因数高、设计灵活，成为近年来的研究热点。
1.2 谐波电流对电网的危害
直流负载的电源一般首先需要将220V的交流电整流后经各类变换器进行变换获得相应的电压电流值，电力电子技术中单相整流部分一般采用二极管整流桥，电解电容接在整流桥后进行滤波，如图11a所示。这种整流桥+电容滤波器的电路属于一种非线性结构，其输入电压uin正弦规律变化，但输入电流却非正弦。因为只有当输入电压的瞬时值大于输出电压时二极管才会导通，因此只有在电压峰值附近才会有输入电流iin,如图11b所示。输入电流时间段，峰值很高，波形畸变严重，含有大量谐波成分[34]。
二极管整流电路 b) 输入电压电流波形
图11桥式整流电路及输入电压电流波形
从以上分析可知，因为开关电源中大量整流电路的存在，会在电网中注入谐波电流成分，引起电流畸变。对图11b所示的电流进行傅里叶级数分解可以分析畸变电流中含有的谐波分量，如式(11)所示。
(11)
式中，I1为基波分量，I3、I5分别为三次和五次谐波分量。因为畸变电流是一个奇函数，所以，其傅里叶分解表达式中只有奇次谐波分量。由傅里叶分析可知，整流电路的输入电流除了含有基波成分外，还包括2n+1次的奇次谐波成分，因此电路功率因数很低，这些奇次谐波注入到电流侧，将对电网造成谐波污染。
谐波的主要危害有：
1）谐波电流会造成网侧电压畸变，产生“二次效应”。即谐波电流在电路阻抗上产生的压降会使得原来的正弦电压产生畸变，进而影响其余电气装置的正常运行。
2）谐波在电网中的传输会使得输电线路发生故障，造成变电装置的损坏。
3）谐波影响用电设备。
4）谐波会造成系统中电气测量仪器产生误差。
5）谐波的存在干扰了系统中通信电路。
1.3 功率因数校正技术的意义
目前来说，有源功率校正技术仍然属于热点研究对象，尤其在我国，对于谐波和功率因数的指标规范还不完备，本文选择APFC作为研究对象具有如下的意义：
1）功率因数的提高，对于提高能源使用效率、提高电网电能品质保证电力系统稳定运行具有重要意义。
2）因为谐波污染危害严重，国际上不同机构和组织制定了相应的谐波标准，以限制谐波危害，如MILSTD1399,IEC5552,IEEE519等，其中IEC5552标准自1994年起在欧盟国家全面实施,对于不符合这些标准的设备讲不准需其接入电网。这些标准的强制实施，推动了APFC的大力发展。
3）具有APFC功能的用电设备功率因数高，转换效率高、电源制作正本地、工作可靠性高，提高了电源产品的市场竞争力。
目 录
第一章 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 谐波电流对电网的危害 2
1.3 功率因数校正技术的意义 2
1.4 研究现状 2
1.5 本文主要工作 2
第二章 功率因数校正电路的工作原理 2
2.1 功率因数的定义 2
2.2 无源功率因数校正的基本原理 2
2.3 有源功率因数校正的基本原理 2
2.4 APFC变换器的电路拓扑 2
第三章 Boost型有源功率因数校正电路 2
3.1 Boost型APFC的工作模式 2
3.1.1 CCM工作模式 2
3.1.2 CRM工作模式 2
3.1.3 DCM工作模式 2
3.2 CCM模式的控制方法 2
3.2.1 峰值电流控制 2
3.2.2 滞环电流控制 2
3.2.3 平均电流控制 2
3.3 UC3854集成控制芯片 2
3.3.1 UC3854的特点 2
3.3.2 UC3854引脚图及内部结构 2
3.3.3 基于UC3854的APFC工作原理 2
第四章 电路主要参数设计 2
4.1 升压电感的设计 2
4.2 输出滤波电容计算 2
4.3 开关管的选取 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.4 电流采样电阻 2
4.5 峰值电流限流电阻 2
4.6 振荡器设计 2
4.7 电流误差放大器补偿网络设计 2
4.8 电压误差放大器补偿网络设计 2
第五章 Boost 型APFC电路仿真与分析 2
5.1 saber简介 2
5.2 基于saber的仿真 2
5.2.1 不同功率等级的仿真波形 2
5.2.2 不同输入电压时的仿真波形 2
5.3 仿真结果分析 2
结束语 2
致 谢 2
参考文献 2
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
在人们生产生活中，从电网接入的交流电一般需要经过转换才能得到符合需要的电能。电力电子技术的发展为电能转换提供了强有力的技术支持，提高了人们对电力的使用效率。但是大量大功率电力电子装置接入电网以及非线性负荷的增加，电力系统中谐波污染的问题也日益严峻。大多数大功率电力电子装置功率因数较低，向电网注入大量的谐波污染，严重影响系统稳定性[12]。因此谐波污染的治理势在必行。对此，国际电工委员会制定了谐波限制标准IEC 610032用以限制用电设备的谐波，我国也公布了相应的谐波标准国标GB/T 176251341。解决谐波污染的有效方法是功率因数校正技术（PFC），分为无源功率因数校正和有源功率因数校正，其中有源功率因数校正技术(APFC)功率因数高、设计灵活，成为近年来的研究热点。
1.2 谐波电流对电网的危害
直流负载的电源一般首先需要将220V的交流电整流后经各类变换器进行变换获得相应的电压电流值，电力电子技术中单相整流部分一般采用二极管整流桥，电解电容接在整流桥后进行滤波，如图11a所示。这种整流桥+电容滤波器的电路属于一种非线性结构，其输入电压uin正弦规律变化，但输入电流却非正弦。因为只有当输入电压的瞬时值大于输出电压时二极管才会导通，因此只有在电压峰值附近才会有输入电流iin,如图11b所示。输入电流时间段，峰值很高，波形畸变严重，含有大量谐波成分[34]。
二极管整流电路 b) 输入电压电流波形
图11桥式整流电路及输入电压电流波形
从以上分析可知，因为开关电源中大量整流电路的存在，会在电网中注入谐波电流成分，引起电流畸变。对图11b所示的电流进行傅里叶级数分解可以分析畸变电流中含有的谐波分量，如式(11)所示。
(11)
式中，I1为基波分量，I3、I5分别为三次和五次谐波分量。因为畸变电流是一个奇函数，所以，其傅里叶分解表达式中只有奇次谐波分量。由傅里叶分析可知，整流电路的输入电流除了含有基波成分外，还包括2n+1次的奇次谐波成分，因此电路功率因数很低，这些奇次谐波注入到电流侧，将对电网造成谐波污染。
谐波的主要危害有：
1）谐波电流会造成网侧电压畸变，产生“二次效应”。即谐波电流在电路阻抗上产生的压降会使得原来的正弦电压产生畸变，进而影响其余电气装置的正常运行。
2）谐波在电网中的传输会使得输电线路发生故障，造成变电装置的损坏。
3）谐波影响用电设备。
4）谐波会造成系统中电气测量仪器产生误差。
5）谐波的存在干扰了系统中通信电路。
1.3 功率因数校正技术的意义
目前来说，有源功率校正技术仍然属于热点研究对象，尤其在我国，对于谐波和功率因数的指标规范还不完备，本文选择APFC作为研究对象具有如下的意义：
1）功率因数的提高，对于提高能源使用效率、提高电网电能品质保证电力系统稳定运行具有重要意义。
2）因为谐波污染危害严重，国际上不同机构和组织制定了相应的谐波标准，以限制谐波危害，如MILSTD1399,IEC5552,IEEE519等，其中IEC5552标准自1994年起在欧盟国家全面实施,对于不符合这些标准的设备讲不准需其接入电网。这些标准的强制实施，推动了APFC的大力发展。
3）具有APFC功能的用电设备功率因数高，转换效率高、电源制作正本地、工作可靠性高，提高了电源产品的市场竞争力。
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