基于UC3854的PFC电路设计

基于 UC3854的 PFC电路设计

张勇 刘星星

国营长虹机械厂 541003

摘要：随着人类工业化的不断深入，当今社会出现了许多整流器。在整流过程中会产生许多谐波，但是谐波含量主要是3倍，5倍，7倍和9倍，其余的高次谐波可以忽略不计。当前的过滤方法包括以下过滤方法。无源LC串联滤波器，但该滤波器只能消除一次谐波。过滤器参数对环境敏感，并且在连接时很容易出现。电路谐振会影响稳定电网的稳定性。有源APFC滤波器旨在通过使用与注入电网的谐波电流值相反的电流来消除谐波电流并消除谐波，但是这种滤波装置的结构和控制很复杂。操作过程中可能会产生共振，并损坏设备。功率因素校正，用于实现电流跟踪电压波形，以实现使用BOOST / BUCK功率转换消除独特的功率因数校正谐波的原理。

关键词：谐波污染；功率因数；校正

1绪论

在当今我们的社会生产核心和技术运营当中，我们利用的电力，一般是通过电网直接发送到我们用户当中来 的。在过去的几十年当中，我国的经济实力因为改革开放而迅速增长，使得越来越多的电子通信设备和智能终端应用于我们的生产和生活中。最近几年随着技术的发展，硬件的体积越来越小，越来越精致，但是功能却变得越来越强大。自动智能化水平非常高。但是由于这个原因，这些电子设备和终端非常容易受到外部干扰和电压波动的影 响。但是，由于开关电源的大量使用和非线性负载的增长严重扭曲了输入电流的波形，即使在一般情况下也会出现电流尖峰。谐波输入电流流经电网，对电网会造成严重谐波污染，并且影响供电电源的可靠性与安全性。

1.1谐波电流与功率因数的关系

为了能将电网上的交流电转换成不同电压等级的直流电，一般采用整流电路，整流电路通常采用具有电容滤波功能的单相不可控整流电路，称为二极管桥。如图 1-1所示。该整流电路通常用于单相交流输入的场合，当前，它已广泛应用于电脑，电脑充电器，电视机等常用电器中。

图1-1

1.2功率因数校正技术概述

为了解决掉对电气设备造成的谐波污染，有两种解决方法：一种是对电气设备进行补偿；另一种是修改用户设备以减少问题。比较这两种方法时，不论是有源补偿还是无源补偿，它都是无源方法，通常用于某些区域或高性能设备中的谐波补偿，而不能完全排除大规模使用的情况。诸如计算机，电视等低功耗设备会引起谐波污染问题。尽管这些设备的性能很差，但是鉴于设备数量众多，它们所造成的损坏也不容小歔。因此，为了消除该问题，需要对电气设备进行改造以减少谐波污染并提高功率因数。电流波形被设置为与电压波形具有相同频率和相位的正弦波。这种技术称为功率因数校正（PFC）。简单来说，最终要求是使功率因数校正的电气设备的输入端子显示为电网的纯电阻，从而使输入电流和输入电压具有同相位，从而解决掉产生谐波问题。

1.3PFC的历程

最初人们发现的是，波形，功率失真和产生谐波污染问题的原因是由于电动机，变压器和大量电力设备的出 现。在近代，日光灯和其他电力负载普遍存在于人们生活的方方面面当中，但是这些问题并没有影响当时人们的生活，因此这些问题没有引起足够的重视。但是随着时间的推移和不断发展的技术水平发展。1980年代初以后，不再有电力电子设备，开关电源和其他非线性负载在此期间，随着消费电子产品的不断问世，人们越来越感到这个问题的严重性它还为功率因数校正技术提供了广阔的发展空间。在九十年代变得更好，为了对此主题和标准标准进行调查。从那时起，出现了许多提倡减少采矿和提倡使用PFC技术的人，因而它能够大规模的应用在商业领域方面。随着21世纪的到来，人们将专注于，高频，模块化与集成等方面的研究。

2设计及仿真

2.1主电路设计

进行此电路设计时，会出现各种各样的噪声以及污染，所以必须采用一种滤波器将其滤掉，进行查阅资料后得知EMI滤波器可用于减少电网引起的噪音以及污染等问题。也可以防止开关电源本身的功率以及其他电子设备的干扰。本设计的目标为，输入电压：220VAC，输出电压：400VDC，输出功率：200W，输入信号频率：50Hz，开关频率：100KHz，波形畸变：THD<5%，电路工作效率：η>95%。系统主电路结构如下图3-1所示。

图3-1 主电路设计

2.2控制电路设计

根据本此设计的设计指标，选择使用UC3854作为控制芯片。在特定的电路设计中，控制芯片是UC3854， 其峰值开关电流大致等于输入电流，并且对瞬态噪声的响应极低，它是一款理想的，低价的APFC控制芯片。

2.3仿真结果

滤除电路中产生的谐波污染，当输出电压为400V的设计指标时，输出电压平稳，输出电流平稳，开关管及电路正常工作。

3结论

在本次设计论文中我分析了功率因素校正电路的设计原理以及如何解决电路中出现的各种噪音及谐波污染。基于一般的PFC电路设计了一种有源功率因素校正电路，它可以有效地实现主开关的高功率因素，减少开关损耗以及提高开关变换器的能量传输效应。设计的电路满足了任务书中所有的要求，也让我对此电路有了深刻的认识。

本次设计论文基于使用UC3854芯片中的传统升压电路，并且通过对比，选择了CCM模式的平均电流控制方法，为主开关的零电流中断创造了有利的条件。本文系统地分析了APFC电路的工作原理及选用APFC电路作为主电路的思路，以满足任务书上的要求。在仿真实验中，通过使用UC3854芯片作为控制电路，来进行整个电路的最终实验，并产生主控制信号，主要的控制信号和辅助信号的相互配合作用达到了开关管零电流关断的目的，同时实现了功率因数校正，从而在一定程度上减少了功率电子设备中的谐波干扰问题，当系统不在负载或低负载时，这大大降低了谐振电路的能量损耗。由于采用了APFC电路设计，因此系统可以稳定且正常地工作。而且本次设计让我深刻的认识到了UC3854芯片的作用以及功率校正因素电路的用法，我想在以后中我遇到类似的问题，设计电路时就会很容易上手。

参考文献

[1]司宇航,贾文超,周长鹏.基于UC3852控制的有源PFC电路设计[J].科技与创新,2019(04):138-139.

[2]曾伟.基于UC3854的功率因数校正电路设计[J].企业导报,2015(14):55+27.

[3]李强.基于单片机和UC3854的APFC电路设计[J].科技信息,2010(26):349-350.