基于有源功率因数校正的高功率因数电源设计_吴小斐

5现代电子技术62010年第2期总第313期

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电源技术ü

基于有源功率因数校正的高功率因数电源设计

吴小斐,王归新,陶 鑫,莫显聪

(三峡大学电气信息学院 湖北宜昌 443002)

摘 要:构建有源功率因数校正(APFC)的高功率因数直流电源。该系统采用TI公司专用APFC整流控制芯片UCC28019作为控制核心,构成电压外环和电流内环的双环控制。其中内环电流环作用是使网侧交流输入电流跟踪电网电压的波形与相位;外环电压环为输出直流电压控制环,外环电压调节器的输出控制内环电流调节器的增益,使输出直流电压稳定。系统采用ATmega16单片机进行监控,完成输出电压的可调以及输入功率因数、输出电压、输出电流等的实时测量与显示和输出过流保护等功能。实测表明,系统性能指标完全达到或超过设计要求。

关键词:APFC;直流电源;UCC28019;ATmega16

中图分类号:TN710 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2010)02-195-03

DesignofHighPowerFactorPowerSupplyBasedonActivePowerFactorCorrection

WUXiaofei,WANGGuixin,TAOXin,MOXiancong

(InstituteofElectricalInformation,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,443002,China)

Abstract:AnActivePowerFactorCorrection(APFC)basedonDCpowersupplywithaveryhighACpowerfactoriscon-structed.TheDCpowersupplytakesUCC28019madebyTIcompanyasthecoreofsystemcontrol.Thecontrolstructureofthesystemconsistsofaninnercurrentloopandanoutervoltageloop.Thefunctionoftheinnercurrentloopistoshapeasinu-soidalACinputcurrentwaveforminphasewithACinputvoltage.TheouteroneisoutputDCvoltageloopandtheoutputofvoltageregulatorregulatesinnerloopgaintomaintainastableoutputDCvoltage.ATmega16MCUisadoptedtoimplementthesystemmonitoring,includingoutputvoltageadjustment,rea-ltimesamplinganddisplayingofoperationparameterssuchasinputpowerfactor,DCoutputvoltageandDCoutputcurrentandtheoutputovercurrentprotection.Experimentresultsshowthatperformancesofthesystemmeetorbetterthantherequirement.

Keywords:APFC;DCpowersupply;UCC28019;ATmega16

0 引 言

随着电力电子技术的发展,从20世纪60年代开始,电力电子装置大量出现和工业及生活领域。如整流装置、电子整流器等接到电网时,电网电流将产生非正弦畸变,导致电网电压产生畸变和高次谐波,影响其他用电设备、通信的正常运行,严重时还影响到发电设备的安全运行。因此,如何改善电力电子装置的输入电流波形和功率因数,成为电力电子产品开发需要考虑的重要因素。本文介绍一种基于有源功率因数校正(APFC)的高功率因数电源设计方案。1 方案设计1.1 理论分析

图1为单相升压型PFC基本电路[1]。PFC工作方式分为不连续电流模式(DCM)和连续电流模式(CCM),DCM缺点较为明显。该设计采用CCM方式。

收稿日期:2009-08-20

电压外环和电流内环的双闭环控制。电压控制器的

输出是输入电流幅值指令Im,该指令与电网电压的整流信号相乘作为电流给定。因为电流给定是和电网电压信号波形成比例,所以电流给定信号与输入电压同相。电流内环使输入电流尽可能跟踪电流指令,最终的PWM驱动波形由电流控制器决定。由于电流内环的存在,驱动波形的占空比按正弦规律变化,使电感电流的平均值为正弦。故有时CCM方式也被称为平均电流控制方式。CCM的输入电流畸变很小,动态响应也比DCM快得多。由于CCM方式的输入电流连续,所以同等输入功率时,CCM方式比DCM的平均输入电流小,不像DCM那样有很高的峰值电流。相比较而言,CCM的开关管电流应力小,适用的功率范围比DCM大。经过上述分析后,该系统采用CCM方式的升压型PFC电路。1.2 方案设计

根据设计要求,输出电压范围在30~36V之间稳定可调,输入电压低于输出电压,故系统前级采用Boost斩波电路升压,实现逆变器输入电压稳定。为降

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