摘 要

近年来，功率较大的电力电子设备使用的越来越普遍，由此所产生的谐波电压和谐波电流对公共电网的影响也越来越大，甚至对电网造成危害。传统的有源、无源滤波器可以改善功率因数并提高效率，可是无源校正后的效果并不理想。基于这种前提，可以有效的抑制谐波电流并且提高交流输入端功率因数和效率的方法是采用功率因数校正技术。

本文详细进行了系统的设计，阐述了单级功率因数校正变换器（PFC）和双级功率因数校正变换器的优、缺点，再分析和比较各种不同PFC变换器的电路结构和原理后，系统最终采用双级型PFC变换器。双级PFC变换器选用二极管整流电路、升压式转换器和正激变换器为主电路，功率因数校正（PFC）级的控制电路选择平均电流控制方式，直流-直流变换（DC/DC）级的控制电路采用电压跟随控制方式，从而达到功率因数校正的目的，并实现输出稳压和输入电流与电压无相差，降低了输入电流谐波，提高了交流输入端的电力能源使用效率。

再设计系统的整体电路：先计算Boost变换电路和正激变换电路的电感、电容的参数，并选择开关管和二极管的型号，而后PFC级控制电路采用UC3854芯片设计，DC/DC级控制电路采用TL494芯片设计。在设计好系统电路后，建立Matlab仿真模型，分析输出仿真波形，证实系统的理论分析是可行并准确的，并探索未来的发展和研究方向。

关键词：功率因数校正；升压式变换器；正激变换器；平均电流模式

Abstract

In recent years, because of the commonly use of much big power electronic equipment, the influence to the public power system caused by the harmonic of input voltage and input current is increasingly, even result in harm. The traditional active or reactive filters were used to improve the power factor and the efficiency, but the corrected power factor and efficiency is undesirable. in this context, the technology of power factor correction is adopted to improve power factor, power efficiency of energy use and suppress harmonic current.

This thesis is focused on the design of the magnetic reset PFC converter, by expounding the advantage and disadvantage of the single-stage, two-stage power factor correct（PFC）convertor, analyzing and comparing the topology and principle of different PFC converters. the main circuit of the two-stage PFC converter circuit consisit of the diode rectifier circuit, boost converter and forward converter, the control circuit of the PFC stage use the average current style, the control circuit of the DC-DC stage use the voltage follower style, which achieved the purpose of power factor correction and stabilized the output voltage, made input current have the same waveform with the input voltage and improved the power efficiency of energy use.

And then the whole circuit system was designed: firstly, calculate the inductance and capacitance paremeters of the Boost converter and the forward converter, select the switch and diode types; secondly, the control circuit of the PFC stage designed by chip UC3854, the control circuit of the DC-DC stage designed by chip TL494. Finally, built the matlab simulation model after designed the system circuit, analyze the waveforms pictures by matlab simulation, verify the correctness and reliability of the system theory, and expiore the future direction research and development.

Key Words： power factor correct；Boost converter；Forward converter；The average current style

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文的工作安排 2

第2章 系统详细设计方案 3

2.1 无源功率因数校正技术 3

2.2 有源功率因数校正技术 3

2.2.1 有源功率因数校正技术的原理 3

2.2.2 有源功率因数校正技术的分类 4

2.3 有源功率因数校正器的主电路 6

2.3.1 PFC级电路的拓扑结构 6

2.3.2 PFC电路的选择 8

2.3.3 DC/DC级电路的拓扑结构 8

2.3.4 电路的工作模式 9

2.4 有源功率因数校正器的控制电路 9

2.4.1 三种电流控制方法的原理 10

2.4.2 三种电流控制方法的区别 12

第3章 系统主电路的设计 13

3.1 系统设计要求 13

3.2 Boost变换器的设计 13

3.2.1 升压电感L的设计 13

3.2.2 输出滤波电容C的设计 14

3.2.3开关管和二极管的选择 15

3.3 正激变换器的设计 15

3.3.1 占空比的设计 16

3.3.2 变压器的设计 16

3.3.3 开关管和二极管的设计 18

3.3.4 输出电感和输出电容的设计 18

第4章 系统控制电路的设计 19

4.1 PFC级控制电路的设计 19

4.1.1 UC3854芯片的简介 19

4.1.2 UC3854的引脚功能 19

4.1.3基于UC3854应用电路设计 20

4.2 DC/DC级控制电路的设计 22

4.2.1芯片TL494的简介 22

4.2.2芯片TL494的引脚功能 23

4.2.3 基于TL494的应用电路设计 24

第5章 系统仿真测试 26

5.1 MATLAB简介 26

5.2 Matlab建模电路 26

5.3 Matlab仿真结果分析 29

第6章 总结与展望 34

6.1 个人总结 34

6.2 展望未来 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

国际上提出了各种各样的谐波标准来减少电子装置产生的谐波污染，如IEC555-2，EN60555-2，我国的国家标准GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》对接入点的谐波电流分量和由此产生的电网谐波电压限制有明确的要求[^[1]]。传统的有源、无源滤波器无法达到理想的谐波要求，而降低电流谐波最可行的办法就是采用功率因数校正技术。

1.1 研究的背景和意义

电力电子技术在不断的改进，由此产生了越来越多的电子设备，而电源则成为电子设备必不可少的一部分。同时技术的改进使得电源设计的要求变多。近年来，传统的线性电源正在被高频开关电源所取缔，高频开关电源具有效率较高、体积较小、重量轻和功率密度大等优点，它广泛应用于个人计算机、邮电通信和电视机等设备中[^[2]]。

生活中使用时，许多电能都要经过电力电子变换器进行变换后才能被使用。由于我国经济的不断进步，各种换流设备的使用越来越多，而传统的变换器具有较高的谐波含量、输入电流也不是正弦波形，由此得到的功率因数也不高；同时电源输出端接入了大电容，这既增加了系统重量，又降低了电源的电能转换密度[^[3]]。

由于谐波法规的限制，谐波含量较低的有源功率因数校正技术越来越普及。传统的双级PFC转换器可以得到非常不错的效果，如高P、低电压应力等。但是它所需的元件数量很多，这增加了成本和复杂性。而许多单级PFC变换器可以降低成本，但是单级PFC变换器只有一个开关和一个控制器，因此流过大容量电容的电压不能得到理想的控制。当负载和输入电压发生变化时，大容量电容的电压也会相应的产生变化，尤其是当PFC部分工作在不连续导通模式下和DC/DC转换器工作在连续导通模式下时[^[4]]。当负载变重，流过大容量电容的电压增加，在某些情况下，特别是电源电压在220V-260V之间，电容无法承受如此高的电压，所以单级PFC变换器在实际应用中受到一定的限制[^[5]]。