300W功率因数校正器设计毕业论文.doc

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1、300W功率因数校正器设计 摘 要本论文研究的主要内容是300W有源功率因数校正器的设计，并针对其种类及控制方法进行比较和分析，最终以桥式整流器和升压式变换器为主电路，采用单周期控制模式，降低输入电流谐波，并使输入电流与电压同相，达到提高功率因数的目的。本论文提出的单周期控制有源功率因数校正器具有以下优点：(1)结构简单；(2)控制精度高；(3)响应速度快；(4)控制性能不受电源参数变化。本论文针对如何改善交直流转换器输入端的电流波形、降低电磁干扰及设备容量、减少谐波成份与提高功率因数，提高电力能源使用效率等问题，以有源功率因数校正器为主要的研究对象，在深入分析有源功率因数校正器原理的基础上，

2、在单周期控制方式上作了基础性研究。主要内容为：(1)枚举各类功率因数校正器，包括其优点、缺点及应用范围。(2)介绍单周期控制技术的一些优点，具体阐述单周期控制技术在单相Boost结构APFC中的工作原理，推导出APFC单周期控制方程，给出实现这种控制的主要控制电路及稳定条件。(3)分析基于IR1150的有源功率因数校正器的特点和其硬件电路的设计。(4)最后在实现有源功率因数校正原理的基础上，详细分析了300W APFC变换器参数设计过程。包括主回路中高频输入电容、Boost升压电感、输出电容，以及控制电路中输出电压分压电阻、过压保护分压电阻、频率设定等若干参数的设计。关键词：功率因数；APFC

3、；Boost变换器；单周期控制；谐波Design of the 300W Power Factor Correction AbstractThe thesis discussed the design of the active power factor corrector (APFC).Various types of APFC topologies and several control schemes are also discussed and compared. Finally, bridge rectifier and boost converter based “one-cycl

4、e control” mode is adopted. The main objective is to reduce the input current harmonics and to improve power factor.The main advantages for the proposed corrector are simple structure, high control accuracy, quick response speed, and stable control performance.In this thesis, how to improve the AC-D

5、C converter input current waveform，reduce electromagnetic interference and equipment capacity, reduce the harmonic components and improve power factor, improve energy efficiency in the use of electricity have been discussed. Besides, the basic principles of APFC has been in-depth analyzed, the “one-

6、cycle control” mode is basically researched. The main results are as follows:1. Enumerate various types of PFC, including advantages, disadvantages, and theirs application ranges.2. Introduce the advantages of “one-cycle control” technology. Elaborate the “one-cycle control” technology in detail for

7、 the work principles of single-phase Boost structure in APFC. Derive the equations of “one-cycle control” APFC and this control is given to achieve the main control circuit and the stability conditions.3. The analysis of the IR1150 features and its circuit design.4. Analysis of the 300W APFC convert

8、er parameter design process in detail, based on the realization of the principle of active power factor correction, including high-frequency input capacitance, boost inductor, output capacitance in main circuit, and output voltage dividing resistor, overvoltage protection resistor divider, frequency

9、 setting etc. in control circuit.Key Words: power factor; APFC; boost converter; one-cycle control; harmonic wavevi目 录主要符号表1 绪 论11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 国内外相关研究情况21.3.1 国外相关研究情况21.3.2 国内相关研究情况22 功率因数校正原理42.1 功率因数与总谐波失真系数的定义42.2 功率因数校正电路简介62.2.1 桥式整流电路62.2.2 功率因数校正电路的种类72.3 功率因数校正器82.3.1 无源功率因数校器82.3.2

10、 有源功率因数校器93 单相单周期控制Boost结构APFC的工作原理123.1 引言123.2 单周期控制Boost结构APFC123.2.1 Boost变换器功率级输入输出关系123.2.2 单周期控制的Boost结构APFC的工作原理144 单周期控制BOOST结构APFC电路设计174.1 IR1150芯片功能174.2 300W-APFC电路主要参数的设计过程194.2.1 IR1150 APFC电路原理图194.2.2 最大输入功率和电流计算194.2.3 主回路电路参数设计194.2.4 控制电路设计214.3 本章小结315 结 论32参考文献33致 谢34毕业设计（论文）知识

11、产权声明35毕业设计（论文）独创性声明36附录1 IR1150 APFC电路原理图37附录2 印制电路板图38主 要 符 号 表：功率因数：总谐波失真系数：输入电流：输入电压：输入电压有效值：基波频率：电源电流：周期：平均功率：视在功率：位移系数：输入电流与输入电压之间的相位差：开关管固定频率：占空比：输出电压：电感磁能转化电压：电源电压：电感线圈：电容：开关导通时间: 开关关断时间: 电感电流上升量: 电感电流下降量:开关周期: 整流后的输出电流: 等效电阻:输出电流检测电阻:基准电压: 开启电压:最大输入功率:最大交流输入电流有效值:输入交流电流峰值电流:最大输入平均电流:高频输入电容:电

12、感电流纹波系数: 输入高频电容上的最大电压纹波系数:最小输入电压的峰值电压:最大过载峰值电流:过载系数:电感量:输出电容:自流增益:检测电阻最大电压:检测电阻功耗:峰值保护电流:软启动时间:输入平均电流瞬时值:关断占空比:输入电网电压的瞬态相位角:输入电网电压有效值:输入平均电流峰值1 绪论1 绪 论功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高。实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算

13、机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。因此，防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。1.1 研究背景开关电源功率因数校正技术作为电源的一门新兴技术，其作用和重要性已得到广泛的认同，他的控制技术一般包括以下几种方法，包括单周期控制、电荷控制、非线性载波控制、线性峰值电流控制和输入电流整形技术等。由于单周期控制技术具有结构简单、控制精度高、响应速度快，控制性能不受电源参数变化影响等优点故得到广泛应用。单周期控制技术是一种大信号、非线性PWM 控

14、制技术，其基本控制思想是保证在每一个开关周期中开关变量与控制参考量相等或成比例。提高功率因数，开发新型高功率因数变流器是节省能源、提高电能质量、保证电力系统安全稳定运行的要求。针对谐波污染，为了限制谐波的危害，提高功率因数，国际上已有各种规定，主要包括无源功率因数校正和有源功率因数校正。因为无源功率因数校正它的效率只有70%左右，有源功率因数校正可达到99%以上，所以本系统采用有源功率因数校正来提高用电效率，在用电设备中普遍使用单周期PFC技术来提高功率因数、提高效率，减少电源整机成本，广泛应用于计算机，家电的稳压电源部分，对于提高产品的竞争力具有十分重要的意义。单周期控制技术是一种大信号、非

15、线性PWM控制技术，其基本控制思想是保证在每一个开关周期中开关变量与控制参考量相等或成比例。它具有结构简单、控制精度高、响应速度快，控制性能不受电源参数变化影响等优点。基于单周期控制技术的开关变换器能在每个开关周期抑制输入电压波动并且平均电流能快速跟踪控制参考量，且不受负载电流的约束，即使负载电流有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。非常适合用在功率因数校正(PFC)电路中。1西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）1.2 研究意义谐波的污染和危害已经引起世界各国的广泛关注，为了使电力系统和电器设备安全运行，必须治理谐波。谐波的治理的意义还在于其对电子技术的自身发展的影响，因为电力电子设

16、备所产生的谐波污染已阻碍了电力电子技术的发展，这迫使电力电子领域的研究人员对电力谐波经行研究并寻求治理的方法。现在人们提出的“绿色”电源，“绿色”照明等，无谐波就是“绿色”的标志之一。为了减少谐波危害，国际电工委员会（IEC）也制定了许多关于电磁兼容的国际标准。所以对电力系统谐波污染的治理，已成了电工科学领域内迫切解决得问题之一。提高功率因数，实际上就是抑制在电网中的抑制谐波电流分量，谐波分量的产生的主要原因是开关电子器件在使用时，使电路中电流的波形发生改变，变成脉冲状，在电路中出现0功率时段，降低了电能的利用效率，也会使通讯设备产生误动作，是故采用有源功率因数校正的方法，达到校正电流波形，减

17、少谐波分量，提高功率的目的。1.3 国内外相关研究情况1.3.1 国外相关研究情况目前国际上使用了单周期功率因数校正的芯片只有两种，分别是2003年英飞凌推出来的ICEIPCS01和2005年IR公司推出的IR1150S都可作为300WPFC电路，不同的是前者采用前沿调制方式，后者采用后沿调制技术，（电路中时钟信号是开关管开通的控制信号称为后沿调制，反之为前沿调制）使用方式基本相同，都是一种既可以通过检测电感电流又可以只检测开关管电流来实现PFC功能的峰值电流控制模式的功率因数校正芯片。高功率因数校正器的研究目前正处于发展阶段，今后的发展方向是新的拓扑结构和新的控制策略研究。拓扑结构应尽量简单

18、、可靠，且具有一种结构多种用途的特点。新的控制策略的应用离不开数字化技术，随着半导体技术的飞速发展，高性能的DSP芯片、专用的矢量转换芯片的不断涌现，为数字化技术的应用提供了坚实的硬件基础，这样，一些先进的控制方法和技术，如模糊控制、神经网络控制、多电平整流技术、空间矢量调制、无差拍控制、滑模变结构控制、基于鲁棒非线性大信号方法控制等都可以应用到整流器的控制中，这些方法和技术的采用将会进一步提高APFC的功率因数和性能。1.3.2 国内相关研究情况在国内，现在提出了一种“绿色”开关电源的拓扑方案，前级为无辅助换流软开关Boost功率因数校正电路，其控制采用单周期控制方案，后级主电路为一种新型的

19、零电压零电流(ZVZCS)移相全桥DC/DC变换器。单周期控制的单相功率因数校正技术，现在己经完成了300W的单相Boost功率因数校正器的实验样机的研制与调试。总之，成本低、结构简单、容易实现的，并且具有软开关性能、高响应速度、低输出纹波的高功率因数变换器是未来的研究方向。现有的有源功率因数校正技术给电器设备带来的附加成本及其复杂性极大地限制着这一技术的广泛应用，一个典型的例子就是高功率因数电子镇流器带来的过高的成本极大地妨碍了这个产品的推广应用。因此，高性能、低成本的功率因数校正技术具有极大的市场潜力相应用前景。这促使了各种高性能、低成本的PFC技术的研究。32 功率因数校正原理2 功率因

20、数校正原理本章中，将先定义功率因数与总谐波失真系数(Total Harmonic Distortion, THD)，再分析功率因数校正器的种类及控制策略。2.1 功率因数与总谐波失真系数的定义由于功率因数校正器主要的功能是改善功率因数与总谐波失真系数，因此在这先定义PF与THD。图2.1 桥式整流器的电源电压与电流波形如图2.1所示，输入电流Is可以用傅立叶级数展开成一个基本波is1和其它各阶谐波的总和。由图2.1可知，若输入电压vs为一标准的正弦波，则输入电压vs为： (2.1)其中，Vs为vs的有效值，为基波频率，且设电源电流is无直流成份，则is为： (2.2)其中，ish为第h次谐波，

21、is可进一步表示为： (2.3)4西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）其中，Is1为is1的有效值，Ish为ish的有效值，为vs与is1之间的相位差，h为vs与ish之间的相位差，h为h次频，则is的有效值为： (2.4)其中T为周期，又因： (2.5)其中，与为正整数，将(2.5)代入(2.4)化简可得： (2.6)失真电流成份可由(2.2)式求得： (2.7)其有效值为： (2.8)对于畸变非正弦电流波形，通常用总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)表示其波形扭曲的程度。在此定义THD为： (2.9)根据电工学的基本理论，功率因数（PF）定义为

22、平均功率（P）与视在功率（S）的比值，用公式表示为： (2.10)平均功率P可由定义求得： (2.11)其中，T为周期，且由(2.5)式可知，只有基波电流对实际功率有所贡献，故平均功率（P）为： (2.12)5西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）视在功率S的定义为： (2.13)其中，IS为输入电流is的有效值。因此PF值为： (2.14)(2.14)式中，定义位移系数(Displacement Power Factor，DPF)为： (2.15)因此，(2.14)式可改写为： (2.16)由(2.9)与(2.16)式知，PF也可表示为： (2.17)从(2.14)式可知，导致功率因

23、数下降的原因有两个，一是电源输入电流is具有谐波成分，使得Is1/Is比值降低，二是电源输入电流is基波is1与电源输入电压vs之间的相位差，相位差越大，cos的值越低。因此要提高功率因数，必须降低电源输入电流的谐波以及使基波电流与基波电压的正弦波保持同相。2.2 功率因数校正电路简介2.2.1 桥式整流电路传统的交/直流转换器如图2.2所示。图2.2 传统的交/直流转换器6西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）分析了解功率因数的意义后，如何提高功率因数及实际应用将是本节的目的。在众多的电子产品中只要是直流输出的几乎都会用到桥式整流。其构造为四个二极管外加上一个大滤波电容。一般来说，电

24、源输出端为得到更好的稳压效果必然加大电容值，所以此方法虽低成本、结构简单、无需控制，但是一味增加电容值会造成二极管导通的时间变得更短，加上电流只在峰值电压时才导通，使得输入电流波形更加尖锐且呈现脉波状，如图2.3，连带也提高了谐波成分。图2.3 桥式整流后的线电压、线电流波形2.2.2 功率因数校正电路的种类低通滤波器填谷式滤波器型滤波器LC型滤波器无源校正器峰值电流法（PCMC）平均电流法（ACMC）磁滞电流法（HCMC）单周期控制法（OCC）单级式-电压随耦控制法（VFC）双级式连续导通模式（CCM）临界导通模式（CRM）不连续导通模式（DCM）有源校正器功率因数校正器种类 图2.4 功率

25、因数校正电路分类功率因数校正电路的主要作用是使输入电流与电压相位同相，使负载近似于电阻性。若依使用元件来分类，可分为被动式功率因数校正和主动式功率因数校正。由图2.4可以清楚了解功率因数校正电路的分类。2.3 功率因数校正器2.3.1 无源功率因数校器如图2.5(a)至(c)所示，无源功率因数校正器是通过在输入端插入电感、电容等无源元件来改善电流波形，以提高功率因数。低通滤波器型式无源功率因数校正电路有LC与型两种，其原理如下：1.当电源负载为非线性负载，如电感性负载或电容性负载时，电源输入端的电流波形会产生相位差，使得功率因数降低，此时，可利用电容/电感所具有的电流相位滞后/超前的特性，对电

26、流波形加以补偿，减少相位差，从而提高功率因数。2.若输入电流波形为畸变波形时，可用电容及电感所组成的滤波器滤除高次谐波，留下基波，以提高功率因数。无源功率因数校正器结构简单、成本低、可靠性高。但缺点很明显：(1)无源滤波器可视为储能网络，向整流器提供的瞬时能量较大，这增加了无源器件的体积和重量。(2)电路工作时，电感与电容间有较大的充放电电流，峰值电流较高，对器件要求高且易造成交流电流失真；峰值电流较大使电源效率降低。(3)运行情况受系统阻抗的影响，若不使用调谐电抗器，很可能会与系统电抗产生并联谐振。(4)PF值较低，输入电压范围窄，只能提供短的保持时间，而且输出电流含低频纹波。图2.5(a)

27、 仅用电感滤波的无源功率因数校正器结构框图图2.5(b) 用LC型滤波的无源功率因数校正器结构框图图2.5(c) 用型滤波的无源功率因数校正器结构框图综合以上可知，以无源器件来改善PF值的效果有限，且体积与重量均无法满足讲究轻、薄、短、小的新一代电源的要求，因此工作在高频的有源功率因数校正器近几年广泛应用并发展。2.3.2 有源功率因数校器有源功率因数校正器(Active Power Factor Correction)属于控制电路上的主动式开关，使输入电流能跟随正弦参考电压波形，而不是一种畸变电流形式。有源功率因数校正器按电路连接形式可分为两类：一类是功率因数电路并联在输入级和负载中间，称为

28、并联有源电力滤波器(Active Power Line Conditioners，APLC)，其方块图如图2.6所示。另一类则是功率因数电路串联在输入级和负载中间，称为串联式有源功率因数校正器，如图2.7所示，本论文所研制的有源功率因数校正器即为串联式APFC。图2.6 并联式APLC方块图图2.7 串联式APFC电路方块图有源功率因数校正器按切换开关的数量可分为两类：双级式与单级式。双级式如图2.8所示，具有两个切换开关，包含两个独立的能量转换过程，是两级电路串联而成。前级为功率因数校正级，使输入电流波形追随输入电压波形，两者同相且成比例，输入阻抗成电阻性。后级为DC/DC转换器，用以稳定输

29、出电压。双级式电路具有高功率因数、输入电流无高次谐波、输出稳压等优点。但其缺点是增加的开关管和控制电路增加了成本。故双级式电路不适用于低功率领域应用。DC-busStageStageAC110VVRectifierPFC cellDC/DC cellLoadPFC-ControlDC/DC-Control图2.8 双级式电路单级式如图2.9 所示，由双级式合并而成，采用组件移位法或同步切换技术，在不影响每一级工作的原则下，将功率因数校正级与输出稳压级合并为单一切换开关的电力转换器。组件移位法是指将电力转换器中的电压源、切换开关及电容等组件，在不影响电路动作的原则下，移动组件相对位置，逐步拉近前

30、后级电路彼此间的电压源、切换开关及电容，使其能互相取代。图2.9 单级式电路在双级PFC电路中的输入电感主要是由输入电流最大纹波和PFC级的占空比来决定的，而在单级PFC电路中主变压器不仅是PFC电路的输入电感，而且还用来储存能量。在单级PFC中，由于DC/DC级工作在电流连续模式（CCM），占空比不随负载变化。当负载变轻时，输出功率减少，PFC级输入功率Pin却没有这么快的变化。这样，充入储能电容的能量将大于从储能电容抽走的能量，导致储能电容电压上升；如果输入阻抗较小，储能电容电压会急剧上升以维持输入功率和输出功率的平衡。其次，单级PFC电路储能电容上的电压变化范围比较大，在输入电压低的时候

31、，储能电容上的电压比较低；在输入电压高的时候，储能电容上的电压比较高，因此，对于相同的输出功率等级来说，单级PFC电路中所需的储能电容比双级PFC电路要大很多，储能电容上的电压应力也要大很多。储能电容电压由输入功率控制，而不受输入电压和输出负载的控制。再次，在双级PFC变换器中，PFC开关管承受PFC级的电流，DC/DC变换器的开关管承受DC/DC级的电流。而在单级PFC变换器中只使用了一个开关管，它要同时承受PFC级和DC/DC级的电流，因此承受的电流应力更高，管子的损耗和尺寸更大。另外与双级PFC电路相比，单级PFC电路中储能电容上的电压比较高，因此管子上的电压应力也比较高。单级PFC电路

32、中元器件的应力等问题，使得它的最大输出功率受到限制。一般说来，单级PFC电路适用于低功率的功率因数校正电路中，本文中PFC电路的输出功率要求为300W，比较适合采用单级PFC电路。113 单相单周期控制Boost结构APFC的工作原理3 单相单周期控制Boost结构APFC的工作原理3.1 引言传统的单相Boost结构有源功率因数校正应用在较大功率电路中，采用平均电流控制模式时，为了达到功率因数校正和输出电压的稳定，往往设置了电压和电流二个反馈环，在实际电路中需要检测输入电压、输出电压和电感电流，并且需要乘法器来实现，因此电路结构复杂、成本高，而且复杂运算又会产生比较大的延时。单周期控制技术则

33、不需要检测输入电压，也不需要乘法器，控制电路简单。运用单周期控制理论的有源功率因数校正电路，除了具有传统控制方法的优点外(控制环的稳定性，误差校正功能等)，还具有单周期控制技术的一些优点。本章将具体阐述单周期控制技术在单相Boost结构APFC中的上作原理，推导出APFC单周期控制方程，给出实现这种控制的主要控制电路及稳定条件，为单周期控制理论在实际APFC电路中的应用提供理论依据。3.2 单周期控制Boost结构APFC3.2.1 Boost变换器功率级输入输出关系图3.1中开关管S上作在固定频率，在一个开关周期中的S的开关状态为：其中为开关周期，D为占空比。图3.1 Boost变换器电路原

34、理图12西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作如下的几点假设：(1)开关管S和二极管Diode均为理想元件。也就是他们可以瞬间“导通”和“截止”，而且“导通”时压降为零，“截止”是漏电流为零；(2)电感和电容是理想器件。电感上作在线形区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效电阻为零；(3)输出电容足够大，纹波小到可以忽略，输出电压Vo 可近视为一恒定值；(4)电感电流工作在连续电流模式。图3.2 Boost变换器电路工作过程当开关管S开通时，等效电路如图3.2 (a)，电流流过电感线圈L，电感电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈L中，同时电

35、容C放电，R上流过电流Io, R两端为输出电压Vo，极性为上正下负，此时的二极管承受反压而关断。开关管S关断时，等效电路如图3.2 (b)，线圈为了保持电感电流不变，其两端极性反转，此时电感里的磁能转化成的电压与电源电压串联，以高于Vo电压向电解电容C和负载R供电。图3.3是Boost转换器中的电感电压和电流波形。设开关导通时间：，开关关断时间：在开关管开通期间，电感电流线性上升，其上升量为： (3.1)当开关管关断时，电感电流线性下降，其下降量为： (3.2)在稳态时这两个电流变化量绝对值相等，所以得：图3.3 Boost转换器中的电感电压和电感电流波形简化得到Boost变化器的输入输出关系

36、： (3.3)3.2.2 单周期控制的Boost结构APFC的工作原理图3.4是用Boost电路实现有源功率因数校正的电路图，其电路控制目标为：通过合适变量的控制，使电网提供给电路的电流与电网电压同相位且波形相同，即整流桥整流后的输出电流与其输出电压相位相同且波形相同，从而保证了电网输出电流是正弦波。在稳态时，从整流桥输出看它所接的电路，可以看作一纯电阻时，就达到了控制目的。此时对于电源来说，可以用一个等效电阻来模拟整个整流桥以后的所有电路，把它设置为Re，则控制目标可表示为： (3.4)把(3.3)式和(3.4)式合并得到： (3.5)将(3.5)式两边同时乘（表示输出电流检测电阻），并令：

37、于是得到了APFC的控制方程为： (3.6)在每个开关周期中，如果占空比占满足(3.6)式，那么(3.4)式也就同样满足。电网提供的电流与电网电压同频同相位，所以实现了功率因数校正的目的。如果在每一个开关周期中，对(3.6)式两边进行积分，积分时间常数为开关周期Ts，得到： (3.7)根据假设，在一个开关周期中，可以认为和的值保持不变，且,(3.7)式可简化为： (3.8)图3.4 单周期控制的Boost结构APFC电路图经过转换，把控制方程变换成了(3.8)式，该方程可用图3.4所示的电路来实现。该基本电路由以下几个主要部分组成：一个PI调解器、一个积分复位器、一个比较器、一个RS触发器、一

38、个时钟信号发生器和一个驱动放大器。工作过程如下：输出电压的取样值和基准电压比较后的差值经过PI调解器得到,(加PI调解器是为了得到一个稳定的输出电压)。当时钟脉冲到来时，RS触发器Q端被置位高电平，主回路开关管S导通，电压加到电感L两端，电感电流开始线性上升，电感储存能量；端此时为低电平，积分器对误差输入信号进行积分；同时通过减法器相减，其差值和积分器的输出进行比较，当积分器的输出值达到与的差值时，比较器输出为高电平使RS触发器复位，Q端输出低电平，主回路开关管S关断，同时端此时为高电平，积分器复位，同时电感L电流线性下降，电感向负载和输出电容释放能量，这种状态一直持续到下一个时钟脉冲的上升沿

39、到来再重复上一周期的过程。具体的对应波形如图3.5所示。因此，此控制电路在每个开关周期中都满足(3.8)式，从而也满足(3.4)实现了电网输出电流和电压同相位，且为正弦波。图3.5 单周期控制电路的工作波形164 单周期控制Boost结构APFC电路设计4 单周期控制BOOST结构APFC电路设计4.1 IR1150芯片功能IR1150是一款工作在连续模式固定频率Boost结构有源功率因数校正芯片。它包括电流内环和电压外环，电流环采用了内嵌式的输入电压信号，通过脉宽调制调节与输入电压相关的占空比，使输入平均电流跟随输入电压且为正弦波，只要工作在连续模式，这种关系就能维持。如果Boost电感值不

40、够大，转换器又工作在轻载，电流波形在过零时会有一定的畸变，这种畸变会引起电流谐波，但这些谐波还是能满足D类标准EN61000-3-2，所以作为产品应用不是问题。输出电压环控制Boost变换器的输出电压，且能保证输出电压稳定。IR1150管脚如下：图4.1 IR1150管脚图脚1(COM)接地端。脚2(FREQ)频率设定端。该引脚通过接地电阻设定芯片工作频率，设定范围为50200 kHz。脚3(ISNS)电流反馈输入端。该引脚接收电感电流检测信号并提供峰值电流限制功能。该引脚上接收的是检测电阻上的负电压，该电压反映了电感电流的变化。 脚4(OVP/ENA)输出电压采样输入端。用于过压保护和“休眠

41、模式”使能。当该引脚电压高于105.5%VREF脚8驱动输出将被强制关闭。当该引脚电压降低到0.62 V以下，芯片进入电流消耗仅为200mA的“休眠模式”。 脚5(COMP)电压环误差放大器输出端。该引脚经过外部阻容电路接地，构成电压环路补偿电路。若出现输出空载以及输出电压过低的情况，该引脚将被强制置为低电平。18西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 （论文）脚6(VFB)输出电压反馈端。电压环误差放大器反向输入端，输出电压经过电阻分压后接入该引脚，通过该引脚的作用来控制电路输出电压。脚8(GATE)芯片驱动输出端可以提供最高1.5A的输出电流。脚7(VCC)芯片供电端。脚8(GATE)驱动输

42、出端。此芯片还具有如下的功能来保证实际应用电路的可靠性。(1)软启动功能由于APFC变换器的输出电解电容值往往比较大，电路在启动时相当于短路，冲击电流很大，此时Boost电感容易进入饱和，如果这时芯片进入正常占空比调节状态，那么因为这时输出电压还没有建立起来，电压反馈回路势必让芯片输出最大的占空比去开通Boost回路功率开关管，开关管会因流过过大的电流而容易损坏。IR1150会检测输出电容上的电压，当输出电压达到一定值（20%Vout）时，驱动才有输出，且此时的驱动信号的占空比是受限的(占空比很小)，从而实现了软启动功能，避免了开关管在启动时流过过大的电流，并且软启动时间可以通过外接电容来设置

43、。(2)芯片欠压保护功能欠压保护功能通过监测芯片供电电压VCC来实现的，只有VCC的电压到达开启电压VCC_ON时，驱动才有输出，当VCC的电压低于VCC_UVLO时，输出关断，这样可保证有足够驱动电压使Boost功率管饱和导通。(3)Boost电压环开环和输出过压保护功能当电压反馈环路被断开时，芯片将停止工作，避免了在开环时输出电压过高而引起电路的灾难性失效。过压保护点可根据电路的需要自行设定，可防止输出电压瞬时过冲，如果输出电压超过了过压保护点，就没有驱动输出，直到输出电压恢复到正常值，芯片又会进入正常上作状态。(4)Boost电压输出欠压保护当输出电压降到正常值的50%时，控制器关断。(5)过流保护通过检测上的电压来进行电流检测，以防止过载等引起的大电流保护。IR1150的另一个特点是它可以工作在“睡眠”状态，处于这种状态时，IC内部的功能电路都不工作，此时IC只需要200的静态电流，这个功能