开题答辩终稿 - 副本

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）开题报告题目通信电源功率因数校正硬件电路设计系别电子信息系________________专业电气工程及其自动化班级__________________姓名________________学号_________________导师____________________年月日20131220题目背景

1.1进入二十一世纪，由于通信产业的蓬勃发展，各种各样的通信设备在日常生产和生活中己经得到了越来越广泛使用,通信开关电源是通信设备的重要组成部分之一，因此也被称为通信设备的“心脏”，开关电源技术是一门以运用半导体功率器件实现电能的高效率变换，将粗电变换成精电,以满足供电质量要求的技术”由于开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式,因此它具有高效率!高功率密度，高可靠性的特点”由于大部分通信设备中,工作电源直接来自交流电网，但是几乎所有的电子线路又必须采用直流供电，因此一变换器成为电子产品中必不可少的部分”通信开AC DC关电源采用二极管整流，电容滤波的整流环节使输入电流严重畸变，不仅对交流电网产生严重的谐波污染并造成输入功率因数低下,而且产生严重的电磁干扰，使通信质量下降，无法满足复杂的通信设备和系统对通信电源的组成和性能在多方面提出的较高要求因此，电能质量控制刻不容缓，为了解决传统通信直流开关电源存在的缺陷，电力电子技术研究人员对电网谐波抑制和改善功率电子装置的功率因数进行了卓有成效地研究，提出了无源功率因数校正技术和有源功率因数校正技术,特别是有源APFC功率因数校正技术已经成为现在研究的热点”虽然功率因数校正电路使通信电APFC源设备的成本增加了约但它所产生的节能效能将显著超过初期投资，特20%—30%,别是在当前能源紧缺的时代，对于功率因数校正技术的研究显得尤为重要”，因此需要在电源中采用提高功率因数PFC研究意义

1.2使供电电压质量下降,增加供电线损，使供电成本上升增加供电线路的电压损失，降低发、供电设备的有效利用率，电力企业固定成本增加；一些用户增加电费支出，加大企业的生产成本因此通过通信电源功率因数的校正来提高功率因数，已成为有效合理的使用能源并提高功率因数已成为实现能源的综合利用、促进企业发展、提高企业经济增长的质量和效益的有效途径通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的对电网和电力用户来说，提高功率因数，减少无功电能损耗，对节能降耗具有十分重要的意义国内外相关研究情况

1.3功率因数校正的概念起源于年，但被重视和推广则在上个世纪年代末期198080和年代，通常有两大类技术，一类是无源技术，另一类是有源技90PFC PFCPFC术.前者采用无源元件来改善输入功率因数，减少电流谐波以满足标准要求；其特点是简单，但体积庞大、笨重,有些场合则无法满足要求；后者是用一个变换器串入整流滤波与变换器之间，通过特殊的控制，使输入电流跟随输入电AC/DC压，从而实现单位功率因数，而且反馈输出电压使之稳定，从而使变换器的输入实现预稳这种方法的特点是控制复杂，但体积大大减少，另外，第二级的设计也易于优化，进一步提高性能目前的通信电源功率因数校正的技术方法有通过升压，降压，升降压电路等方式来进行通信电源功率因数的校正，来提高通信电源的功率因数，以达到提高通信电源功率因数的目的.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案，研究方法或措施2的主要研究内容

1.

1.1本课题所要设计的功率因数校正电路的技术指标如下输入交流1220V±10%输出直流；输出功率248V200W:功率因数三395%本课题的主要研究内容是研究适合通信电源的功率因数校正方法，设计其电路并立壬讥

22.带有APFC的AC/DC电路直流输出市电通信电源功率因数校正硬件电路结构图工作原理市电进入电源，首先要经过扼流圈和电容，滤除高频杂波和同和干扰信号然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波接下来再经过由4个二极管组成的全桥电路整流，和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压交流电转换为高压直流电虽然经过了交流到直流的转变过程，经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分开关电路开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流电转换为高频率的脉动直流电接下来，再送到高频开关变压器上进行降压经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有L2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分经过上面一系列工序后，输出的的直流输出的直流同时反馈到控制电路调整电网侧的整流输出造成功率因数低的原因

1.

1.2由可知,值由以下两个因素决定:一是输入基波电压与输入基波电流PF=ycos PF的相位差以，二是输入电流的波形畸变因数Y%相控整流电路1对于常见相控整流电路，相控整流电路功率因数低的主要原因是基波电压和基波电流位移因数的影响，即受可控硅控制角的影响，使电流滞后电压，cosl C0SC1C1改善相控整流电路功率因数的措施，一般是在负载端并联一个性质相反的电抗元件若电网呈感性，通常采用电容补偿的方法”开关整流电路2对开关整流电路而言,前端通常由桥式整流器和大容量滤波器组成，只有AC/DC当线路的峰值电压大于滤波电容两端的电压时，整流元件中才-有电流流过，使得输入电流呈尖脉冲形式，且产生一系列奇次谐波,致使功率因数降低为所以,对开

0.6—

0.7”关整流电路而言，不良功率因数主要源于电流波形的畸变目前功率因数校正的方法和优缺点

1.

1.3功率因数校正电路分为有源功率因数校正和无源功率因数校正APFC PPFC,有源功率因数校正是功率因数矫正主要方法，它的优点是它具有体积小，重量轻及可把功率因数调节至接近于输入电流总谐波将至以下的特点缺点是这种电路适1,10%合于制作高性能的开关电源，但由于采用专用芯片，成本较高，很难应用于中小开关电源上无源功率因数优点是因为采用电感，电容，二极管等原件，替代了价格较高的有源器件，因而使开关电源成本降低，缺点是虽然采用无源功率因数校正所得到的功率因数不如有源那样高，但仍能使电路功率因数提高至至电流谐波降低到

0.

70.8,40%一下，因而这种技术在中小设备中广泛使用本论文采用有源功率因数校正的方法二五V QIN主电路如图所示Boost-PFC2图型主电路原理图2Boost PFC当开关管导通时，电流流过电感线圈在电感线圈未饱和前，电流线性Q IL L,增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中，此时，电容放电为负载提供能C量；当开关管关断时，由于线圈中的磁能将改变线圈两端的电压极性，以Q L保持其电流不变这样，线圈转化成的电压与电源串联，以高于输ILLVL VIN出电压向电容和负载供电这种电路的优点是输入电流完全连续，并且在整个输入电压的正弦周期都可以调制，因此可获得很高的功率因数；电感电流即为输入电流，容易调节；开关管门极驱动信号地与输出共地，驱动简单；输入电流连续，开关管的电流峰值较小，对输入电压变化适应性强，适用于网压变化特别大的场合其主要缺点为输出电压必须大于输入电压的最大值，所以输出电压比较高；不能利用开关管实现输出短路保护主电路如图所示Buck-PFC3图型主电路原理图3Buck当开关管导通时，电流流过电感线圈，在电感线圈未饱和前，电流线性增加；Q ILIL当开关管关断时，由于线圈中的磁能将改变线圈两端的电压极性，以保持不变Q IL由于变换器输出电压小于电源电压，故称它为降压变换器这种电路的主要优点是开关管所受的最大电压为输入电压的最大值，因此开关管的电压应力比较小；后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护该电路的主要缺点是由于输入电压大于输出电压，该电路才能工作，所以在每个输入正弦周期中，该电路有一段因输入电压低而不能正常工作，输出电压较低，相同功率等级时，后级变换器电流应力较大，DC/DC开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂，输入电流断续，因此功率因整不可能提高很多主电路如图所示Buck-Boost-PFC4图为升降压型主电路的原理图，这种电路的工作过程如下，当开关管4Q导通时，电流流过电感线圈，厂储存能量，此时，电容放电为负载提供能HN C量；当开关断开时，有减小趋势，电感线圈产生的自感电势反向，二极管Q ILD正向偏压而导通，电感释放其储存的能量，向电容和负载供电CVIN—图型主电路原理图4Buck-Boost该电路的优点有即可对输入电压升压，又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以连续工作；该电路输出电压选择范围较大，可根据后级的不同的要求设计；利用开关管可以实现输出短路保护该电路的主要缺点有开关管所受的电压为输入电压与输出电压之和，因此开关管的电压应力较大；由于每个开关周中，只有在开关管导通时才有输入电流,因此峰值电流较大；开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂；输出电压极性与输入电压极性相反，后级逆变电路较难设计本课题所采用的方法和实现方案

2.3基于升压式电路结构的有源功率因数校正电路可以使用多种控制方法控制DCM方法又称电压跟随控制，因为其输入电流能自动跟踪输入电压，所以可实现接近的1输入功率因数由于这种技术具有体积小、重量轻、高效率、功率因数接近APFC1,并且电路简单，功率管基本实现零电流开通,二极管无反向恢复电流而受到小功Boost率变换器的青睐但因太大的电感峰值电流，限制了在较大功率变换器中的应用DCM模式中的间接电流控制又称相位幅值控制，是一种基于上频稳态的控制方法CCM这种间接电流控制方法，自身无限流功能，系统从一个稳态向另一个稳态过渡时电流会出现直流分量，系统动态响应慢所以在中的使用受到限制APFC模式中的自接电流控制的基本原理是将输入电压信号和输出电压误差信号CCM的乘积作为电流控制器的电流给定信号，使输入电流按给定信号变化由于此控制电路中含有乘法器，所以又称乘法器控制峰值电流控制、滞环电流控制和平均电流控制三种控制方法又有它们各自的优缺量因此，不含乘法器的控制方式成为研APFC究中的一个热点近几年发展主要是临界导电模式和连续导电模式下的功率因数校正的控制方法，同时也提出了一些新颖的控制原理和拓补结构单周期控制理论，它是一种非线性的大信号控制技术，动态控制开关变量的占空比，在每个周期内开关变量的平均值等于或正比于参考电压因而将单周期控制技术应用于电路中可实现低电流畸变和APFC高功率因数，这种控制方法取消了传统控制方法中的乘法器，使整个控制电路大大简化单周期控制技术单周期控制技术是一种大信号非线性控制技术，这项技术利用了开关变换器的脉冲的、非线性的属性并能达到对斩波电压或电流的平均值进行瞬态控制，它具有许多传统控制方法无法比拟的优点，它提供了很快的动态响应速度、良好的抗电源干扰能力以及开关误差校正等，该控制方法的突出特点是:无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量（通常为斩波波形）的平均值恰好等于或正比于给定值，即能在一个开关周期内，有效的抵制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合，比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等本论文采用来实现通信电源功率因数校正IRU50L是一种连续电流模式控制芯片，仅有个引脚它采用了公司特有IR1150PFC8IR的单周期控制技术，为有源功率因数校正电路提供了一种成本低廉、设计简单的解决方案用控制是因为内部控制结构决定的控制环路包括一个外部的电压环IR1150和一个内部的电流环输出电压通过分压电阻接人脚该引脚内部接入电压误6VFB,差放大器反向输入端，反馈电压通过与比较后得到控制电压一0P2VREF VmoVrn；路与脚电流检测端输入信号经过运算得到另一路经过误差放大器3CS VIt0P3构成的带有复位开关的积分器得到三角波之后与接入比较器V2t VIt V2t0COMPo本课题研究的重点及难点，前期开展的工作本课题研究的重点及难点有两个方面3通信电源功率因数校正的硬件电路原理的实现，以及功率因数提高方法的实现1在机上用软件绘制电路原理图2PC protel前期已开展工作相关资料的查阅，课题背景的了解，研究意义的认识，以及解决方法的了解12学习软件的使用方法及原理protel完成本课题的工作方案及进度计划按周次填写4第周一第周针对原理及应用范围、主要技术难点等查阅资料，熟悉课题总体方13案第周一第周确定系统功能，论证总体方案，确定关键部件的型号，并对部分电47路进行理论设计第周一第周设计电路原理图和图版，完成硬件电路设计、制作调试814PCB周-第周整理资料、撰写论文1518指导教师意见对课题的深度，广度及工作量的意见指导教师年月日所在系审查意见系主管领导年月日参考文献[

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