1、大连理工大学电源技术大作业姓名： 学号： 学习中心： 功率因数校正（PFC）技术的研究电力电子装置的有源功率因数校正(APFC或PFC)从上个世纪80年代中后期以来逐渐成为电力电子技术领域研究的热点。功率因数，是对电能进行安全有效利用的衡量标准之一。从最初的因为大量感性负载投入电网带来的无功损耗，到后来的因为各种非线性整流装置投入电网带来的谐波污染，再到现在的电力电子装置尤其是开关电源的广泛使用而带来的大量谐波对电网的危害，功率因数校正技术走过了从无功功率补偿到无源、有源滤波、再到有源功率因数校正和单位功率因数变换技术的发展历程。功率因数校正技术的发展，成为电力电子技术发展日益重要的组成部分，
2、并成为电力电子技术进一步发展的重要支撑。目前，单相功率因数校正技术的研究比较多，在电路拓扑和控制方面都相当成熟，而三相功率因数校正的研究则相对较晚较少。近年来随着PFC技术的研究的不断深入，三相PFC日益引起人们的重视。单相PFC技术的成熟对三相PFC的研究有很大的借鉴意义。使用使用IC UC3854作为控制芯片，有源功率因数校正（PFC）的工作原理、电路分类。设计一个有源功率因数校正电路。分析了有源功率因数校正电路的必要性，分析谐波危害，源功率因数校正的基本工作原理及其控制方式。1 IC UC3854的内部结构及工作原理IC UC3854的结构与主要特性图 IC UC3854的总体结构框图2
3、.IC UC3854的组成结构UC3854的总体结构如图1所示，主要包括以下几个功能模块：电压误差放大器模块，电流误差放大器模块，乘除法器模块，锯齿波发生器模块，输出驱动模块，以及峰值限制比较器模块，欠电压过电压保护模块，软起动模块和一些数字逻辑。为了简化模型，建模中省去欠电压、过电压锁存比较器，软起动等辅助环节。表1 列出了 IC UC3854各主要功能模块的关键特性参数测试条件典型值单位电压误差放大器Vsense偏置电流25nA开环增益100dB输出电压摆幅0.85.8V短路电流VAOut=020mA电流误差放大器Isense偏置120nA开环增益110dB输出电压摆幅0.516V短路电流
4、20mA增益带宽积800kHz乘法器最大输出电流200A增益因子1.0振荡器振荡频率RSET=8.2k102kHz斜坡幅度5.5V输出驱动输出高电压200mAloadonGTDrv,VCC=15V12.8V输出低电压200mAloadonGTDrv1.0V图2电压误差放大器原理示意图图3电压误差放大器宏模型示意图表2 UC3854管脚说明管脚序号管脚符号管脚说明1Gnd接地端，器件内部电压均以此电压为基准2PK1MT峰值限定端，其阈值电压为零伏与芯片外电流传感电阻负端相连，有可与芯片内接基准电压的电阻相连，使峰值电流比较器反向端电位补偿至零3CAOut电流误差放大器的输出端，对输入总线电流进行
5、传感，并向脉宽调制器发送电流校正信号的宽带运放输出4Isense电流传感信号接至电流放大器反向输入端，4脚电压应高于0.5伏（因采用二极管对地保护）5MultOut乘法放大器的输出和电流误差放大器的正向输入端6IAC乘法器前馈交流输入端，与B端相连，6脚的设定电压为6伏，通过外接电阻与整流桥输出工频总线相连，并用电阻与芯片内基准相连7VAOut误差电压放大器的输出电压，这个信号又与乘法器A端相连，但若低于1伏乘法器便无输出8VRMS前馈总线电压有效值端，与跟输入线电压有效值正比的电阻相连时，可对线电压的变化进行补偿9VREF基准电压输出端，可对周边电路提供10mA的驱动电流10ENA允许比较器
6、输入端，不用时与5伏电压相连11VSENSE电压误差放大器反向输入端，在芯片外与反馈网络相连，或通过分压网络与功率因子较正器输出相连12RSET12脚信号与地接入不同的电阻，用来调节振荡器的输出和乘法器的最大输出13SS软起动端，与误差电压放大器同相端相连14CT接对地电容器CT，作为振荡器定时电容15VCC正电源阈值为10V16V16GTDrvPWM信号的图腾输出端，外接MOSFET管的栅极，该端电压箝位在15V 它们的基本结构类似，其差别在于电流误差放大器对电流控制电路有特殊要求，其增益和带宽要大于电压误差放大器。因此我们这里只给出电压误差放大器的宏模型示意图，图2为电压误差放大器的原理图
7、，图3为其相应的宏模型示意图。在图2中，运放的正向输入端连接传感电压，反向输入端连接到基准电压，运放的输出经过三极管与6.2k的电阻构成射极跟随引出。在图3中，RI和CI决定了电压误差放大器的输入阻抗，电压控制电流源G1以及电容CI决定了电压误差放大器的增益带宽积，通过二极管VD2和VD3以有源功率因数校正图4乘法器宏模型示意图图5振荡器宏模型示意图图6输出驱动模块宏模型示意图图7包含UC3854的功率因数校正电路图乘法器的模型构建在整个集成电路的建模中非常重要，图4给出了其宏模型的具体实现。该乘法器有三个输入：电压误差放大器的输出（EAOUT），输入AC电流（IAC），URMS输入。其中，I
8、AC端输入的是电流信号，而它的采样是功率级的输入电压，这可以用一个6V的电压源UIAC来进行电压信号/电流信号的转换。2 有源功率因数校正的实现 下面以常见的美国TI公司生产的APFC用集成电路UC3854介绍其性能特点、工作原理与典型应用电路。2.1 UC3854控制集成电路 UC3854引脚功能说明（参见图3、图4）。 UC3854 引脚功能如表1所示。 表1 UC3854的引脚（端）功能 引脚号 引脚符号 引脚功能(1)GND接地端，器件内部电压均以此端电压为基准(2) PKLMT峰值限定端，其阈值电压为零伏与芯片外检测电阻负端相连，可与芯片内接基准电压的电阻相连，使峰值电流比较器反向端
9、电位补偿至零(3) CA out电流误差放大器输出端，对输入总线电流进行检测，并向脉冲宽度调制器发出电流校正信号的宽带运放输出(4)Isense电流检测信号接至电流放大器反向输入端，(4)引脚电压应高于-0.5V（因采用二极管对地保护）(5)Mult out乘法放大器的输出和电流误差放大器的同相输入端(6)IAC乘法器的前馈交流输入端，与B端相连，(6)引脚的设定电压为6V，通过外接电阻与整 (7)VA out误差电压大器的输出电压，这个信号又与乘法器A端相连，但若低于1V乘法器便无输出(8)VRMS前馈总线有效值电压端，与跟输入线电压有效值成正比的电阻相连时，可对线电压的变化进行补偿(9)V
10、REF基准电压输出端，可对外围电路供10mA的驱动电流(10)ENA允许比较器输入端，不用时与+5V电压相连(11)V检测大器反相输入端，在芯片外与反馈络相连，或通过分压网络与功率因数校正器输出端相连(12)Rset(12)端信号与地接入不同的电阻，用来调节振荡器的输出和乘法器的最大输出(13)SS软启动端，与误差放大器同相端相连(14)CT接对地电容器CT，作为振荡器的定时电容(15)Vcc正电源阈值为10V16V(16)GTDRVPWM信号的图腾输出端，外接MOSFET管的栅极，该电压被钳位在15V22 UC3854中的前馈作用 UC3854的电路框图和内部工作框图如图2、图3所示。 在A
11、PFC电路中，整流桥后面的滤波电容器移到了整个电路的输出端（见图2、图4中的电解电容C），这是因为Vin应保持半正弦的波形，而Vout需要保持稳定。 从图3所示的UC3854工作框图中可以看到，它有一个乘法器和除法器，它的输出为，而C为前馈电压VS的平方，之所以要除C是为了保证在高功率因数的条件下，使APFC的输入功率Pi不随输入电压Vin的变化而变化。 工作原理分析、推导如下：乘法器的输出为式中：Km表示乘法器的增益因子。Kin表示输入脉动电压缩小的比例因子。电流控制环按照Vin和电流检测电阻Ro（参见图2）建立了Iin。 i表示Vin的衰减倍数 将式（3）代入式（4）后有如果PF=1 效率
12、=1有 由（6）可知：当Ve固定时，Pi、Po将随V2in的变化而变化。而如果利用除法器，将Vin除以一个 可见在保证提高功率因数的前提下，Ve恒定情况下，Pi、Po不随Vin的变化而变化。即通过输入电压前馈技术和乘法器、除法器后，可以使控制电路的环路增益不受输入电压Vin变化的影响，容易实现全输入电压范围内的正常工作，并可使整个电路具有良好的动态响应和负载调整特性。 在实际应用中需要加以注意：前馈电压中任何100 Hz纹波进入乘法器都会和电压误差放大器中的纹波叠加在一起，不但会增加波形失真，而且还会影响功率因数的提高。 前馈电压中前馈电容Cf（图2、图4中的Cf）的取值大小也会影响功率因数。如果Cf太小，则功率因数会降低，而Cf过大，前馈延迟又较大。当电网电压变化剧烈时，会造成输出电压过冲或欠冲，所以Cf 的取值应折中考虑。 UC3854的典型应用电路原理图如图4所示。 图4 UC3854典型应用电路原理图通过以上的讨论可以看出，由在APFC控制过程中，UC3854引入了前馈和乘法器、除法器，并且工作于平均电流的电流连续（CCM）工作方式，性能较优，使用效果较好，在实用中得到了广泛应用。
