摘要：本文分析了开关电源的发展现状及基本结构，研究了ZVT一Boost软开关电路的基本结构、在此基础上确定了主电路参数，分析了采用UC3845功率因数控制电路。
关键词：开关电源，功率因数校正，软开关
1 概述
为了满足电子设备对电源的要求，现代的开关电源功率交换技术正在向高频化、高效率、绿色化和模块化趋势发展。开关电源采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压，开关电源的构成框图如图1所示。基本由输入电路、变换电路、输出电路、控制电路等组成。
图1 开关电源的构成框图
2 主电路设计
图2 ZVT-BOOST主电路的结构图
主电路的参数设计：在确定了主回路结构的基础上，主回路元件参数的选择至关重要，它是影响系统性能指标的关键因素。系统的设计要求：一般的电网电压范围为：Vin=80一270VAC，开关频率Fs=100kHZ，效率EF>90%，功率因数FP>99%，Po=250W，Vo=400VDC。主电感的选择，L取1mH。输出电容C0的选择需要考虑以下参数，即开关频率纹波电流、二次谐波纹波电流、直流输出电压、纹波输出电压以及维持时间。输出电容上的电流总值是开关频率纹波电流、二次谐波纹波电流之和的有效值。通常输出电容都选用容量较大的电解电容，本设计中取值应为450μF。辅助谐振回路的参数包括：谐振电感Lr，谐振电容Cr、无损吸收电容C1。在软开关电路中，最重要的两个参数是Lr和Cr以及控制电路三角波的形状，它们对软开关电路性能有重要的影响，为此准确地确定这些参数是至关重要的。经过分析与计算取Cr=1.2nF，Lr=16Hu，Cl=2nF。开关器件和二极管的选择，一般来说大功率、零电流开关场合，选择IGBT作功率开关较合适；在中小功率、零电压过渡的软开关场合，选择MOSFET作功率开关较合适。因此，本文选择MOSFTE作功率开关。在本系统中，主开关和辅助开关及各功率二极管所承受的最大电压均为400V，流过主开关和升压二极管的最大电流为电感最大电流4.62A，流过辅助开关和二极管D2、D3的最大电流为=8.84A。
3控制电路设计
UC3854是美国德州仪器（TI）公司生产的一种有源功率因数校正专用控制电路。它可以实现有源功率因数校正电路的所有功能，使功率因数达到0.99以上，输入电流波形失真小于5%。该控制器采用平均电流型控制，控制精度高，开关噪声较低。
图3是基于UC3854的 Boost PFC的电路结构。如图3所示，输出反馈电压与参考电压经电压误差放大器后输出电压误差信号，正比于输入全波整流电压和电流信号。输入前馈电压在乘法器中相乘，产生基准电流信号，在取样电阻上的压降具有与输入整流电压相同的波形，电感电流通过电流采样电阻产生电流取样电压，一起进入到电流误差放大器，因此迫使主电路电流跟踪输入整流电压的波形呈正弦波形。电流误差放大器的输出电压与一个三角波电压在PWM比较器中比较后产生一个PWM脉冲信号，经过RS触发器后生成PWM信号，驱动开关管。
图3 基于UC3854的 Boost PFC的电路结构
（1）电流控制环的设计
电流环的任务是调节输入电流，使输入电流准确地跟踪给定电流，保证输入电流与正弦输入电压同相、按正比例变化。为了高度精确地跟踪给定电流，电流环增益必须很高，以使误差最低，为此，要采用高增益的电流误差放大器。
图4 电流误差放大器
（2）电压环的设计
在功率因数校正变换器中，电压环的设计有它的特殊性，它是从限制电流畸变量入手，确定电压环在二次谐波电压的衰减量，进而确定电压环的结构。电压环的作用之一是，将输出负载的变化反馈给电流环，作为电流环的参考输入的一个参数；另一个作用是将二次谐波电压衰减到指定水平，以降低输入电流的畸变。电压误差放大器的输出作为电流环的给定信号的一个分量，它的畸变就意味着给定电流的畸变，它的畸变大小决定着功率因数的高低。电压误差放大器的反向端输入为输出电压测量值。由于输出电容的充放电，输出电压为含有二次谐波纹波的直流电压。为此，电压误差放大器必须设置补偿网络以使二次谐波纹波电压衰减到足够小，并且必须有足够的相移，使电压误差放大器输出与输入线电压同相以取得高的功率因数。
图5 电压误差放大器
4小结
通过本次毕业设计的学习锻炼，我了解了开关电源的发展现状及发展要求和开关电源的基本构成和基本组态，着重分析、学习了ZVT-Boost软开关PFC电路的基本结构、基本工作原理及软开关实现原理，在此基础上确定主电路结构，并制定控制系统方案。经过对本课题的研究学习以及陈老师的耐心指导，我能够初步建立基于UC3845控制电路的仿真模型。
参考文献：
[1]李明.基于BOOST变换器的高功率因数软开关电源的研究[D].南昌大学硕士学位论文，2008.
[2]王晶，翁国庆.电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用[M] .西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[3]林渭勋. 现代电力电子电路[M].浙江：浙江大学出版社，2002.
论文作者:张英杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：电流论文; 电压论文; 功率因数论文; 误差论文; 电路论文; 放大器论文; 开关电源论文; 《电力设备》2017年第28期论文;