摘 要

相对于不可控整流装置来说，其对于电网产生的谐波污染，除了可用APF有源滤波器解决之外，还有一种更加实用的方式是在不可控整流装置之中自带的整流器和滤波电容中间添加一种特殊的功率变换电路，这种变换电路可以把整流器的输入电流校正成为与电力系统相同相位的正弦波电流，这样做不仅消除了谐波电流还可以提高电网侧的功率因数到将近为1的水平。这样的控制方式就是有源功率的因数校正APFC。

在本文中，主要介绍APFC的原理、控制方式、分类、仿真系统、DSP实现过程和用处广泛的专用控制芯片UC3854.

APFC的基本思想在于在整流电路和滤波电容之间添加一种DC/DC变换电路，再用符合要求的控制让整流器的输出电流伴随随之输出的直流脉动电压图形。这样的做法即可以保证储能电压电容的稳定性还可以使得输入电流的波形自动跟踪输入电压波形的效率得到有效地保证。

当满足了输出电压是一个恒定不变的输出源并且输入电压被输入电流跟踪，也就是输入电压与输出电压同频同相之后，还需要将在交流电网中的输出端口性质调节成纯阻性。

在理论分析和设计电路模块之后，完成控制系统的部分仿真。在CCS的运行模式下，输出功率和开关的选择会对电感值的设定有很大的影响，电感值的设定又决定了高频率的输入电流纹波的幅值。

本文进行的仿真中采用的是平均电流得控制法，我们由使用MATLAB仿真之后所得出的电流电压波形图可以得到以下几个结论，输入的电流可以随着输入电压的变换而进行追踪，电流的波形页稳定在正弦的波形上，与此同时输出电压也持续保持在400v的稳定值，电压纹波的波动幅度在1%之内，系统的设计基本满足了设计的要求。

关键词：APFC、电感值、UC3854、DSP

Abstract

In contrast to the uncontrollable rectifier,the harmonics generated for the grid,in addition to the APF active filter can be used to solve,there is a more practical way in the uncontrollable rectifier device comes with rectifier and filter The capacitor adds a special power conversion circuit that corrects the input current of the rectifier into a sine wave current of the same phase as the power system.This eliminates the harmonic current and increases the power factor on the grid side Near the level of 1.This is the active power factor correction APFC.

In this paper, the main introduction of APFC principles,control methods, classification, simulation system, DSP implementation process and the use of a wide range of dedicated control chip UC3854.

The basic idea of APFC is to add a DC/DC converter between the rectifier circuit and the filter capacitor,and then follow the required control to allow the output current of the rectifier to follow the output of the DC ripple voltage pattern.This can ensure that the storage voltage and capacitor voltage stability can also make the input current waveform automatically track the efficiency of the input voltage waveform is guaranteed.

It is also necessary to adjust the output port nature in the AC grid to be purely resistive after satisfying that the output voltage is a constant output source and the input voltage is input to the current tracking,that is,the input voltage is in phase with the output voltage.

After the theoretical analysis and design of the circuit module,complete the control system part of the simulation.In the CCS operating mode,the output power and switch selection will have a great impact on the setting of the inductor value.The setting of the inductance value also determines the amplitude of the high-frequency input current ripple.

In this paper,the time-averaged current control method used in the simulation,in the use of MATLAB after the current voltage waveform can be obtained in the following conclusions,the input current can be transformed with the input voltage to track,the current waveform page stable in the sine Waveform,while the output voltage is also maintained at 400v stable value,the voltage ripple amplitude within 1%,the system design to meet the design requirements.

Key words:APFC inductance UC3854 DSP

目 录

第1章 引言 1

1.1 有源功率因数发展过程 1

1.1.1 APFC发展现状 1

1.1.2 APFC未来发展空间 1

1.1.3 GIS隔离开关在变电站中的实践 2

1.1.4 本文主要研究内容 3

1.2 有源功率因数校正器的控制策略 3

1.2.1谐波产生的原因 3

1.2.2 有源功率因数校正器分类 4

1.2.3 单相单级升压变换APFC 5

第2章 有源功率因数校正器的控制策略 2

2.1 APFC常用的控制策略 2

2.2 APFC三种常用控制方式 2

2.2.1 峰值电流控制法 2

2.2.2 电流滞环控制法 3

2.2.3 平均电流控制法 5

2.3控制策略的比较和选择 6

第3章 电路设计 2

3.1主电路控制组成框图 2

3.2 UC3854 3

3.2.1 UC3854的基本组成 3

3.2.2选择UC3854的原因 3

3.2.3 UC3854实际控制电路分析 4

3.3主电路结构 5

3.3.1主电路的偏磁现象 5

3.3.2对偏磁现象的抑制方式 6

3.4驱动电路 6

3.5电流采样设计 7

第4章 系统仿真与分析 1

4.1主电路参数确定 1

4.1.1参数确定方式 1

4.1.2参数的计算 2

4.2 MATLAB/simulink平均电流控制法仿真 5

4.2.1单相BOOST APFC仿真模型 5

4.2.2交流输入输出电压电流波形图 6

4.3系统仿真的结果及分析 7

结论 1

第1章 引言

1.1 有源功率因数发展过程

1.1.1 APFC发展现状

跟随着人类科技的进步和发展，电力电子技术的发展也成长的非常迅速。同时也会有很多得电子装置被作为负载分别接在电网的分支中，这样不仅会产生大量的谐波电流，最终还可能会导致电网之中谐波的污染，同时不仅会对居民用户的供电质量产生较大的影响还会对其他电网之中的负载造成损害。当前能够有效消除谐波污染的最佳办法就是功率因数校正APFC。APFC中间又可以分为有源功率校正以及无源功率因数校正。无缘功率校正主要是使用无源的电感器件、电容滤波器去消除电网中间谐波的影响。但是无源器件工作的频率环境是工频，在电路中体积比重较大，并且也不能有效的提高功率因数。反观有源功率因数校正技术是可以有效的操控有源器件的开关间隔，然后可以强迫输入电流随着输入电压正弦波动而变化，然后实现功率因数的校正，并且电网中还可以得到持续平稳的输出电压。

APFC根据输入电压分为单相和三相。单相PFC电路结构简单，控制方便等特点，在过去十年取得了长足的进步，技术已经成熟，并广泛应用于通信电源，UPS等设备。然而，要实现高电压转换效率，提高功率密度，降低成本，提高抗干扰能力等目标需要进一步的技术创新。单相的有源功率因数校正技术APFC根据其实际的电路结构可分为两级和一级。在两级功率因数校正电路结构中，最主要的部分是功率因数校正电路，校正电路的主要作用是提高功率因数的输入端;第二阶段是DC/DC转换器，其主要作用是调整输出电压以匹配负载。两级PFC的主要优点是设计和控制可以分开分析，通用性好。缺点就是组件的基数数量大，控制电路也会相对复杂一些，成本也比之前提高，但是效率低下。单级的结构是一种基于两级结构的发展，采用了开关管得共享技术，采用电路是一组控制电路，同时实现了功率因数校正和DC/DC电流的转换，单级功率因数校正通常能够实现电气隔离元件之间的输入输出。单级功率因数校正是以高效率，高性能，高功率密度，低成本特点，符合电力电子发展趋势和要求。

1.1.2 APFC未来发展空间

面向控制的数字信号处理器（DSP）已广泛应用于电机控制，自动化和不间断电源（UPS）应用领域。比如更快的运行速度这些技术的进步，内置的脉宽调制器（PWM）输出以及片上模数（A/D）转换器将其中的应用扩展到了实时得电力电子电路。与传统的模拟控制方法相比，使用DSP的数字实现提供了许多独特的优势，如标准硬件设计，更简单的复杂控制算法的实现，以及修改设计以满足特定客户需求的灵活性。然而，使用DSP来控制电源有其独特的挑战。有限的带宽以及采样频率，电流离散效应和信号的处理延迟会影响到实时控制系统的性能。

由于DSP在控制电源方面刚刚开始受到重视，许多与设计和实施相关的问题仍未解决。较为传统的单相不稳压整流电路中的输入交流电流波形为脉冲波，直流电压Ud只与交流输入电压U是无法控制得的，而二次谐波的最低谐波频率要求较大的LC滤波器才能得到平稳的直流电压。这种类型的电气设备会将大量的谐波电流直接注入电网对电网造成危害。谐波电流流过线路阻抗，导致谐波电压下降，导致电网电压变形。大量的这种设备可能导致电源系统发生故障。虽然传统的相控整流电源的输出电压是可调节的，但是谐波电流分量更为复杂，并且仍然在电网中注入大量的谐波电流。因此，发电、配电和变电设备的利用率有所下降。消费增加，效率下降。

在20世纪90年代初，美国科罗拉多大学的Erickson教授与Boost电路共享了反激（Flyback）转换器或正激转换器的MOSFET，并提出了一种所谓的单级PFC转换器。与传统的两级电相比，省去了MOSFET管，但添加了二极管让电路变得繁琐。控制使用PWM模式，比较简单。

随着电力电子技术的出现，单级PFC技术逐渐发展，并且得到了广泛的研究和应用。功率因数的水平与电感器的尺寸和电路拓扑密切相关，这是近年来单级PFC结构的热点。单级PFC技术研究仍在上升，由于其性能尚未达到最佳，许多问题需要进一步解决。

1.1.3 GIS隔离开关在变电站中的实践

特高压GIS中断路器运行引起的电磁暂态问题有两个方面。一方面，电磁暂态现象发生在GIS中，主要影响VFTO内部设备绝缘的瞬态过电压，另一方面，GIS与地球之间存在电磁瞬变，这使得瞬态壳电位上升，TEV和GIS二次设备的外部过电压都受到影响。所以目前我们主要解决影响VFTO和TEV的问题。目前的研究方法主要通过计算机模拟研究开关开关的热容问题，运行速度和VETO。

随着电力系统的不断发展，GIS变电站由于结构紧凑，占地面积小，维护方便等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。在GIS隔离开关动作中，会产生较高的振幅，陡度非常高，高频瞬态过电压快速，VFTO和相应的超快瞬态过电流将产生复杂的空间电磁场，变电站在电子变压器造成的电磁干扰较大，因此，对变电站空间的电磁环境的研究具有很重要的意义。