300W功率因数校正器设计毕业论文.doc

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1、300W功率因数校正器设计 摘 要本论文研究的主要内容是300W有源功率因数校正器的设计，并针对其种类及控制方法进行比较和分析，最终以桥式整流器和升压式变换器为主电路，采用单周期控制模式，降低输入电流谐波，并使输入电流与电压同相，达到提高功率因数的目的。本论文提出的单周期控制有源功率因数校正器具有以下优点：(1)结构简单；(2)控制精度高；(3)响应速度快；(4)控制性能不受电源参数变化。本论文针对如何改善交直流转换器输入端的电流波形、降低电磁干扰及设备容量、减少谐波成份与提高功率因数，提高电力能源使用效率等问题，以有源功率因数校正器为主要的研究对象，在深入分析有源功率因数校正器原理的基础上，

2、在单周期控制方式上作了基础性研究。主要内容为：(1)枚举各类功率因数校正器，包括其优点、缺点及应用范围。(2)介绍单周期控制技术的一些优点，具体阐述单周期控制技术在单相Boost结构APFC中的工作原理，推导出APFC单周期控制方程，给出实现这种控制的主要控制电路及稳定条件。(3)分析基于IR1150的有源功率因数校正器的特点和其硬件电路的设计。(4)最后在实现有源功率因数校正原理的基础上，详细分析了300W APFC变换器参数设计过程。包括主回路中高频输入电容、Boost升压电感、输出电容，以及控制电路中输出电压分压电阻、过压保护分压电阻、频率设定等若干参数的设计。关键词：功率因数；APFC

3、；Boost变换器；单周期控制；谐波Design of the 300W Power Factor Correction AbstractThe thesis discussed the design of the active power factor corrector (APFC).Various types of APFC topologies and several control schemes are also discussed and compared. Finally, bridge rectifier and boost converter based “one-cycl

4、e control” mode is adopted. The main objective is to reduce the input current harmonics and to improve power factor.The main advantages for the proposed corrector are simple structure, high control accuracy, quick response speed, and stable control performance.In this thesis, how to improve the AC-D

5、C converter input current waveform，reduce electromagnetic interference and equipment capacity, reduce the harmonic components and improve power factor, improve energy efficiency in the use of electricity have been discussed. Besides, the basic principles of APFC has been in-depth analyzed, the “one-

6、cycle control” mode is basically researched. The main results are as follows:1. Enumerate various types of PFC, including advantages, disadvantages, and theirs application ranges.2. Introduce the advantages of “one-cycle control” technology. Elaborate the “one-cycle control” technology in detail for

7、 the work principles of single-phase Boost structure in APFC. Derive the equations of “one-cycle control” APFC and this control is given to achieve the main control circuit and the stability conditions.3. The analysis of the IR1150 features and its circuit design.4. Analysis of the 300W APFC convert

8、er parameter design process in detail, based on the realization of the principle of active power factor correction, including high-frequency input capacitance, boost inductor, output capacitance in main circuit, and output voltage dividing resistor, overvoltage protection resistor divider, frequency

9、 setting etc. in control circuit.Key Words: power factor; APFC; boost converter; one-cycle control; harmonic wavevi目 录主要符号表1 绪 论11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 国内外相关研究情况21.3.1 国外相关研究情况21.3.2 国内相关研究情况22 功率因数校正原理42.1 功率因数与总谐波失真系数的定义42.2 功率因数校正电路简介62.2.1 桥式整流电路62.2.2 功率因数校正电路的种类72.3 功率因数校正器82.3.1 无源功率因数校器82.3.2

10、 有源功率因数校器93 单相单周期控制Boost结构APFC的工作原理123.1 引言123.2 单周期控制Boost结构APFC123.2.1 Boost变换器功率级输入输出关系123.2.2 单周期控制的Boost结构APFC的工作原理144 单周期控制BOOST结构APFC电路设计174.1 IR1150芯片功能174.2 300W-APFC电路主要参数的设计过程194.2.1 IR1150 APFC电路原理图194.2.2 最大输入功率和电流计算194.2.3 主回路电路参数设计194.2.4 控制电路设计214.3 本章小结315 结 论32参考文献33致 谢34毕业设计（论文）知识

11、产权声明35毕业设计（论文）独创性声明36附录1 IR1150 APFC电路原理图37附录2 印制电路板图38主 要 符 号 表：功率因数：总谐波失真系数：输入电流：输入电压：输入电压有效值：基波频率：电源电流：周期：平均功率：视在功率：位移系数：输入电流与输入电压之间的相位差：开关管固定频率：占空比：输出电压：电感磁能转化电压：电源电压：电感线圈：电容：开关导通时间: 开关关断时间: 电感电流上升量: 电感电流下降量:开关周期: 整流后的输出电流: 等效电阻:输出电流检测电阻:基准电压: 开启电压:最大输入功率:最大交流输入电流有效值:输入交流电流峰值电流:最大输入平均电流:高频输入电容:电

12、感电流纹波系数: 输入高频电容上的最大电压纹波系数:最小输入电压的峰值电压:最大过载峰值电流:过载系数:电感量:输出电容:自流增益:检测电阻最大电压:检测电阻功耗:峰值保护电流:软启动时间:输入平均电流瞬时值:关断占空比:输入电网电压的瞬态相位角:输入电网电压有效值:输入平均电流峰值1 绪论1 绪 论功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高。实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算

13、机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。因此，防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。1.1 研究背景开关电源功率因数校正技术作为电源的一门新兴技术，其作用和重要性已得到广泛的认同，他的控制技术一般包括以下几种方法，包括单周期控制、电荷控制、非线性载波控制、线性峰值电流控制和输入电流整形技术等。由于单周期控制技术具有结构简单、控制精度高、响应速度快，控制性能不受电源参数变化影响等优点故得到广泛应用。单周期控制技术是一种大信号、非线性PWM 控

14、制技术，其基本控制思想是保证在每一个开关周期中开关变量与控制参考量相等或成比例。提高功率因数，开发新型高功率因数变流器是节省能源、提高电能质量、保证电力系统安全稳定运行的要求。针对谐波污染，为了限制谐波的危害，提高功率因数，国际上已有各种规定，主要包括无源功率因数校正和有源功率因数校正。因为无源功率因数校正它的效率只有70%左右，有源功率因数校正可达到99%以上，所以本系统采用有源功率因数校正来提高用电效率，在用电设备中普遍使用单周期PFC技术来提高功率因数、提高效率，减少电源整机成本，广泛应用于计算机，家电的稳压电源部分，对于提高产品的竞争力具有十分重要的意义。单周期控制技术是一种大信号、非

15、线性PWM控制技术，其基本控制思想是保证在每一个开关周期中开关变量与控制参考量相等或成比例。它具有结构简单、控制精度高、响应速度快，控制性能不受电源参数变化影响等优点。基于单周期控制技术的开关变换器能在每个开关周期抑制输入电压波动并且平均电流能快速跟踪控制参考量，且不受负载电流的约束，即使负载电流有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。非常适合用在功率因数校正(PFC)电路中。1西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）1.2 研究意义谐波的污染和危害已经引起世界各国的广泛关注，为了使电力系统和电器设备安全运行，必须治理谐波。谐波的治理的意义还在于其对电子技术的自身发展的影响，因为电力电子设备所产生的谐波污染已阻碍了电力电子技术的发展，这迫使电力电子领域的研究人员对电力谐波经行研究并寻求治理的方法。现在人们提出的“绿色”电源，“绿色”照明等，无谐波就是“绿色”的标志之一。为了减少谐波危害，国际电工委员会（