花园小区电气智能化系统设计毕业设计答辩

毕业学生：袁换宁开关电源功率因数校正电路设计讲师：陈刚1.开关电源的发展2.功率因数3.APFC的提出4.APFC的原理5.电路设计6.APFC的MATLAB访真7.仿真结果8.结论1.开关电源的发展随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，它们对电源的要求越来越高，传统的电源具有稳定性好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其体积大、功耗大、电源效率底，很难满足现在电子设备发展的需要。开关电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。由于频率的提高，为了保持恒定功率，电感L，电容C的值较小，从而达到了开关电源小型化，效率高，可靠性高等特点。2.功率因数根据电工学的基本理论，功率因数定义为有源功率和视在功率的比值，公式：在非线性的负载时，为了更好的表示电流失真，用总谐波畸变（THD）来衡量：即：（Θ=0）(1.1)(1.2)(1.3)3.APFC的提出开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主导地位。传统的开关电源存在一个致命的弱点，即功率因数低，一般仅为0.45～0.75，而且其无功分量基本为高次谐波。谐波的危害：1．产生“二次效应”。2．谐波会造成输电线路故障，使变电设备损坏。3．谐波影响用电设备。4．谐波会使测量仪器附加谐波误差。5．谐波会使通信电路造成干扰。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤出谐波；二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点。开关电源功率因数校正（PowerFactorCorrectionPFC）电路设计采用第二种抑制谐波的方法，其功率因数可达0.95～0.99，近似于1。4.APFC的原理在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器，通过的输出电压与检测的整流电压比较，则输出为电流基准值，与采样的电感电流值进行比较放大，再经过PWM比较器，通过驱动器来控制占空比，使输入电流的平均值自动跟随全波整流电压波形，使输入电流正弦化，避免形成电流脉冲，达到改善功率因数的目的。本次设计直接以单相APFC为基础，采用电压、电流双闭环控制和平均电流控制的方法来实现功率因数校正。5.电路设计主电路设计：采用Boost电路-升压斩波器,其输出平均电压高于输入平均电压。由于Boost电路结构简单，实现成本底，且利用输入电容C可减少切换时所造成的杂信号回流至交流电源。控制电路设计：本次设计用了UC3854控制芯片，控制电路采用平均电流控制，UC3854包含了平均电流控制型功率因数校正控制电路的全部电路模块，主要由电压放大器、模拟乘法器、电流放大器和定预脉宽调制器组成。UC3854乘法器的输出电流端为基准电流，与输入电流检测值比较后，经过电流误差放大器，其输出再经过PWM比较器加到删极驱动器，以控制开关管V的通断。设计电路图：图1基于UC3854的APFC电路图6.APFC的MATLAB访真本文在研究中使用的仿真工具是基MATLAB6.5（MatrixLaboratory矩阵实验室）版本的仿真环境，建立了传统单相APFC电路。simulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具，它是MATLAB的重要组成部分，是模拟动态线图而提供的一个交互式程序，提供了直观的系统模型框图进行访真。设计规范：输入电压为AC150V，电网频率为50±0.2Hz，最大功率输出P0为250W，电压输出为DC400V，开关管频率为50kHz，数字访真模型图：图2基于MATLAB/simulink的访真模型7.仿真结果图4加APFC的输入电压和输入电流（1）MATLAB运行后，待系统进入稳态，示波器给出了仿真波形：图3未加APFC的输入电压和输入电流访真模型所检测的输入电压和输入电流：（2）整流桥输出的电流图5未加APFC的整流电流图6加APFC的整流电流（3）输出的电压的比较图7未加APFC的输出电压图8加APFC的输出电压加功率因数的Boost型电路输出的电压上升为平均直流电压400V（4）检测输入电流的THD图9未加APFC的THD图10加APFC的THD经Y向放大，可看出，未加APFCTHD在2~4之间，而加了APFC之后THD的高次谐波均小于0.5（5）检测的输入电流的FFT图11未加APFC的FFT图12加APFC的FFT由上两图对比可见，加了APFC后除基波分量外，其余高次偕波分量都有所减小。8.结论通过对电流波形做傅立叶分析得，电流总谐波畸变THD（TotalHarmonicsDistortion）的数值可得：功率因数PF（PowerFactor）为：(1.4)(1.5)仿真的结果可以看出：输入电流波形很好地跟踪了输入电压的波形，输入电流的波形得到整形并且输出电压稳定，很好地实现了有源功率因数校正的目的。经过UC3854校正后它的功率因数近视为1，达到了预期的效果。谢谢