毕业设计 毕业论文 基于UC3854有源功率因数电路的设计.docxVIP

第一章 绪论1.1 课题背景随着工业现代化和电气化的进展，人们对电能质量的要求越来越高。计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器等对电能质量有一定的要求，电能质量低可能导致机器无法正常工作甚至不能工作。功率因数的高低直接影响着电能质量的好坏。用电设备过低的功率因数将使电网波形畸变，线路损耗大；降低整个供电系统的功率因数，增大系统供电量；降低用电设备的使用寿命；干扰仪器仪表。鉴于低功率因数带来的危害，功率因数校正变得非常必要，成为电力电子学研究的重要方向之一。改善用电设备功率因数的工作的重点主要是功率因数校正电路拓扑结构的研究和功率因数校正控制集成电路（如UC3842~UC3855A系列,KA7524,TDA4814等）的开发。1.2谐波电流对电网的危害其实谐波污染和由谐波引起的功率因数降低等问题早就存在，只不过由于当时开关器件使用的相对较少，对谐波危害尚无深刻认识，没有引起人们的足够重视。一般来讲，凡是使用开关器件的装置都会产生谐波，谐波的产生都会引起功率因数的降低。因此都会产生谐波污染和功率因数低下等问题。脉冲状的交流输入电流波形中还有大量的谐波电流成分，大量的谐波电流倒流入电网即谐波辐射（harmonica emissions）会对电网造成污染，谐波就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。谐波主要有以下主要危害：（1）谐波电流的“二次效应”，即谐波电流流过线路阻抗而造成的谐波电压反过来会使电网电压波形发生畸变，引发电路谐振而造成过电流或过电压而引发事故。（2）增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率。（3）使电气设备（如变压器、电容器、电机等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。（4）使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作。可见谐波的存在极大地污染了公共电网的用电环境，必须加以抑制和消除。谐波抑制的途径：一是使用谐波及无功补偿装置，用其产生与电网谐波频率相同但相位相反的谐波，抵消其影响。二是制造不产生谐波的装置。1.3 功率因数校正的意义由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路应用十分普遍，价格低廉、可靠性高是它的突出优点，但是它对电网的谐波污染却十分严重，由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路主要存在如下的问题： 1.启动时产生很大的冲击电流，约为正常工作电流的十几倍至数十倍； 2.正常工作时，由于整流二极管导通角很小，形成一个幅度很高的窄脉冲，电流波峰因数（CF）高、电流总谐波畸变率（THD）通常超过 100%，同时引起电网电压波形的畸变； 3.功率因数（PF）低，一般约为0.5～0.6。开关电源的输入端通常采用由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路，输入220V交流市电整流后直接接滤波电容，以得到波形较为平滑的直流电压。但是由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路是一种非线形元件和储能元件的组合，虽然交流输入市电输入电压V 的波形是正弦的，但是整流器件的导通角不足 180 ，只有很小的导通角，导致输入交流电流波形严重畸变。大量应用整流电路，使供给电网产生了严重畸变的非正弦电流，输入电流中除含有基波外，还含有很多的奇次、高次谐波分量，这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波“污染”，造成严重危害。 综上所述，为了减少AC/DC变流电路输入端谐波电流造成的噪声和对电网产生的谐波“污染”，以保证电网供电质量，提高电网的可靠性；同时也为了提高输入端功率因数，以达到节能的效果，必须限制AC-DC电路的输入端谐波电流分量。由此可知提高功率因数在AC/DC开关电源应用中具有重大的意义。由此可知：有源功率因数校正技术在开关电源中占据着及其重要的位置，它能消除谐波污染，实现各种电源装置网侧电流正弦化，使功率因数接近于 1，极大地减少电流的高次谐波，消除无功损耗。在大力倡导绿色电源的背景下，提高开关电源的功率因数已经成为国内开关电源研究的主要方面。1.4 有源功率因数校正的应用现状及前景 现状：由于欧美国家对有关标准的强制执行，促使国际学术界对APFC 技术进行积极探讨，并取得了很多令人瞩目的成果。特别是开发出适用于各种需要的众多型号的控制用专用集成电路，使APFC 产品的开发摆脱了早期采用分立元件造成的开发周期长、线路复杂、可靠性低且效果并不尽如人意的弊端，使APFC 产品迅速得以推广应用，取得了可观的社会效益和经济效益。 前景：应用APFC 技术的优势和必要性有很多方面，这里仅就该技术对提高交流供电设备(如交流发电机、UPS 等)输出功率的利用率进行定量分析，以从该方面看出其优势。若某一用电设备，其输出功率为1000W，开关电源效率为75％，无APFC 时PF=0.65，则交流输入功率为