基于BUCK型拓扑的功率因数校正系统的研究与应用

全日制硕士学术型研究生开题申请表学院： 专业： 年级： 研究生姓名 导师姓名 申 请理 由本人已修完个人培养计划中的全部课程，成绩合格（见附表），并已完成必修环节取得所有相应学分，达到研究生培养方案中的基本要求。通过查阅相关资料，对AC/DC变换器中功率因数校正方面的模型和控制有了一定的了解，申请开题。研究生签字： 年 月 日导 师意 见 导 师 签 字： 年 月 日学 院意 见主管领导签字（章）： 年 月 日注：1. 学院受理开题申请时间为每年4月份和10月份；2. 各学院研究生工作办公室在开题受理结束后一周内将本学院所有开题人员进行统计，报研究生院培养处。全日制硕士学术型研究生课程成绩表姓 名 入学年月 学 院 专 业 课程名称类别学时学分成绩学习时间备注自然辩证法概论学位18186第1学期中国特色社会主义理论与实践学位36293第1学期矩阵论学位40270第1学期应用数理统计学位40283第2学期英语（上）学位482.470第1学期英语（下）学位522.673第2学期计算机控制系统学位36296.5第1学期线性系统理论学位36292第1学期现代电力电子技术学位40286第1学期FACTS与分布式发电学位36291.5第2学期现场总线与分布式控制技术选修36290第2学期电力电子与电力传动专题选修20182第1学期电力电子系统建模与仿真选修36291.2第1学期课程总学分：学位课学分：学位课平均成绩：学院对以上成绩的真实性进行确认：经审查，上述成绩真实有效。 审核人签字： 年 月 日研究生选题报告书（供全日制硕士学术型研究生用）基于BUCK型拓扑的功率因数校正系统的研究与应用 选 题 题 目 研 究 生 姓 名 入 学 年 月 导 师 姓 名 职称 所 属 学 院 专 业 研 究 方 向 选题报告时间： 20xx 年 4 月 17 日说 明1选题报告可打印或用黑色钢笔逐栏填写，要求字迹清晰，文句通顺。2选题报告所列各栏内容要详细填写、要求重点突出。3选题报告于第三学期开始，最迟不能超过第四学期末完成。4选题报告是中期考核筛选工作的一部份，选题报告不合格者不得进入论文工作阶段。5自备案之日起，满8个月后方可进行论文答辩。注：1一至三的内容可打印加页（空表可在校园网上下载），四至五的内容，用碳素墨水填写在表内。2研究生将选题报告完成后交各学院备案，论文答辩后，由答辩委员会秘书将此表与硕士学位申请及评定书等材料一同交院（系）学位评定分委员会转校学位办公室。全日制硕士学术型研究生选题报告书一、文献查阅报告：（附所阅读的主要文献至少40篇以上）电能是人类目前最清洁的能源,随着电力电子的飞速发展,人类对电能的利用也进入了一个崭新的时代。可以说,任何用电设备都离不开电源,但是由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件的存在会使输入交流电流波形发生严重畸变,网侧输入功率因数很低,对电网造成了很大影响。由于输入电流的畸变,就相当于对电网注入了很大的谐波电流,这些高次谐波电流容易引起了电网频闪、三相不平衡或者电压畸变等电网故障,严重影响电能质量、传输效率以及设备的安全可靠运行。由于谐波污染的日益严重,为了保证电网供电质量,提高电能利用率,世界各国对谐波问题也越来越重视。首先由国际电工委员会(IEC)、国际电气电子工程师协会(IEEE)和国际大电网会议(CIGRE)分别推出了各自的谐波标准,其中最有影响力的是IEEE519-992和IECI000-3-2,我国国家技术监督局也在1994年3月提出了国家标准GB/T14549-93(电能质量,公用电网谐波)。其主要目的是为了控制用电设备在使用中所产生的电流谐波,提高输入电流的功率因数,因此传统的整流器己经不能符合该标准的要求。为了消除由于用电设备造成的电网谐波污染,电力电子领域的研究人员提出了功率因数校正(Power Factor Correction一PFC)技术。目前的功率因数校正技术的主要方法有两种:一是无源功率因数校正技术(PPFC),这种方法简单,即在整流管的前端或后端接电感、电容等无源滤波器来增加输入电流的导通角以提高功率因数,但是输入谐波电流的抑制效果不是很好,在体积、重量、价格等方面也进一步限制了它的应用范围;二是有源功率因数校正(APFC),其基本思想是,通过控制高频变换电路,使电路的输入端呈现阻性特性,输入电流与电压没有相位差,功率因数可以接近于1。为了满足电能的相关指标，需要对功率因数加以校正，提高电路使用效率，减少谐波污染，因此，功率因数校正（PFC）电路应运而生。经过过去二十多年的发展，功率因数校正电路(PFC)技术已经日趋成熟。高性能、低成本的有源功率因数校正具有广阔的市场前景和研究价值。由于目前传统的有源PFC电路还是广泛采用Boost拓扑,但是随着开关电源功率密度的进一步提高,传统的Boost PFC电路效率己经不能满足高功率密度的要求,特别在宽范围输入电压条件下,传统的Boost PFC电路在低压输入(90Vac)的效率会比高压输入(230Vac)低2.5%左右,由于AC/DC适配器应用中的散热设计都是根据效率最低点来设计的,因此boost功率因数校正器在输入低压时的低效率,成为严重制约适配器的功率密度和效率提高的瓶颈。Boost PFC电路在低输入电压条件下效率下降的原因主要是在低压输入时,为了满足输出功率的要求,输入电流会增大。输入电流增大会导致整流桥,开关管的导通损耗以及电感的铜损大大增加。近年来,越来越多的研究者开始研究降压型(Buck)功率因数校正器。因为在低压输入(90Vac)场合,由于Buck电路自身降压的特性,使得输入输出电压较为接近,因此能实现较高效率。Buck PFC能够使得整个输入电压范围下都能保证较高效率,有利于工业上的热设计,提高了开关电源的功率密度。本课题的主要研究目的是：通过数字控制的方法，实现高效率、高功率因数的单相AC/DC变换器。课题主要的研究对象是单相BUCK型有源功率因数校正(PFC)。在课题研究的前期，笔者查阅了大量的国内外文献资料，文献资料主要围绕着以下几个方面：1、BUCK型PFC电路拓扑结构。2、BUCK型PFC电路的数学模型。3、BUCK型PFC电路的控制方式。4、如何数字化实现BUCK型PFC电路。5、BUCK型PFC部分缺点优化。基于上述的研究目的，下面将围绕以上几点，对功率因数校正(PFC)电路进行系统的介绍和总结。1 功率因素的定义及特点在理想情况下，电网中的电压和电流都是正弦信号，即 通常，电网电压是由电网中的电源发电机决定的，而电网中的电流则是由连接于电网的负载决定。某些非线性或具有时变性的负载会从电网中吸取非正弦电流。这些波形是非正弦的，但仍然是与电网电压同频率的周期信号，即满足将i(t)分解为傅里叶级数，即其中表示其中基波成分。在电网中电压为正弦而电流为非正弦的的情况下，负载吸收的有功功率为 根据正交定理有视在功率为根据功率因数的定义知相应可以得到其中 此处表示畸变因子,标志着电流波形偏离正弦的程度。表示相移因子，表征的是基波电流与基波电压间的相位差的大小。因此功率因数的定义可以表示为：功率因数 = 相移因子失真因子功率因数过低的负载会给电网带来电能质量问题，这类负载对电网的“污染”可以分为谐波电流和基波无功两部分，它们共同的危害是：（1）从电网吸去无功电流，导致电网中流动的功率增加，加大了电网的损耗。（2）增加了发电和输变电设备的负担，降低了电网的实际可以传递的有功功率的大小。所以人们对电力电子电路和产品提出了功率因数指标的要求，要求电力电子产品从交流一侧观测为一个纯阻性负载，即功率因数为1，而且要求电流波形的畸变率低于特定标准。这样可以提高电路使用效率，减少谐波污染。2 PFC主电路拓扑结构介绍电力电子技术的拓扑结构多样，理论上，所有的拓扑结构都可以实现功率因数校正(PFC)。我们常用的拓扑结构主要有传统升压型（Boost型）、两相交错式并联型PFC、级联式Buck-Boost型、Buck型等。以下分别介绍各种拓扑结构(1).传统Boost型PFC电路图1 Boost型PFC电路结构及电流在传统的单管Boost型PFC中，由于拓扑是升压拓扑，因此输出电压时高于输入电压的最高值的，这样后一级的器件的电压应力就比较高，但是由于Boost型拓扑自身的优势，输入电流波形可以形成完整的连续正弦波，功率因数可以较为简易的做的很高。(2).两相交错式并联PFC电路图2 两相交错式并联PFC电路结构两相交错并联型boost PFC电路拓扑可以工作在电感电流连续(CCM)或者电感电流临界连续模式(CRM),前者主要适用于6O0w以上较大功率场合,而后者则适用于150W一6O0w功率等级的应用场合。本文主要针对中小功率的应用场合,故CRM的控制方式较CCM更有优势。(3).级联式Buck-Boost级联式Buck-Boost PFC电路拓扑如图3所示,在输入电压低于输出电压时S1常通,电路工作在升压状态;当输入电压高于输出电压时,S2常关,电路工作在降压状态该方案的优点是输出电压低、器件应力小。缺点是控制复杂、效率较低。图3 级联式Buck-Boost PFC电路结构(4).Buck型PFC降压(Buck)型PFC的电路拓扑如图4所示,电路只能工作在降压状态。所以当输入电压比输出电压低时,输入电流为零。利用Buck电路实现PFC的方案具有如下优点:(1)端效率高。在低压输入的场合由于Buck电路自身降压的特性,使得输入输出电压较为接近,因此能实现较高效率。(2)输出电压低。相比Boost PFC必须使输出电压设置在400V左右而言,Buck PFC可以使输出电压设置在很低的值(一般小于100V),较低的输出电压能减小后级DC/DC的器件应力。(3)共模EMI噪声小。由于Buck电路的开关管工作时Vds两端电压变化dv/dt比Boost PFC小,因此其具有较好的EMI共模特性。(4)无需浪涌限制器。Buck电路在开关管断开的时候自身具备防浪涌功能,但是由于开关管抗浪涌能力较差,电路的AC侧需要并联足够大的压敏电阻吸收浪涌能量。(5)主电感小。由于Buck PFC电路主电感两端伏秒值较Boost PFC小,所以相同功率与最低工作频率下其需要的电感值比Boost PFC要小。图4 Buck型PFC电路结构综上所述,Buck PFC虽然相比Boost PFC具有天然的劣势,因为其输入电流的死区部分无法避免。但是由于它相比其他高效率PFC拓扑电路更加简单,而且在低压输入时比Boost PFC效率更高,输出电压也较低,更有利于后级DC/DC电路的设计。在如今对电源效率、功率密度要求越来越高的发展趋势下,Buck PFC在今年来也逐渐成为功率因数校正技术的一个研究热点在中小功率宽范围输入应用场合,或者在超高压输入的场合下,Buck PFC在某种程度上将比Boost PFC更具优势。3 Buck型PFC主电路拓扑结构介绍Buck型PFC以其输出电压低，后级开关应力小的优点，近来得到了很多学者和研究人人员的研究，并在此过程中不断的研究发展，演变出多个各具特点的拓扑结构，主要有以下几个常见拓扑:(1).浮地驱动式Buck PFC拓扑：图5 浮地驱动式Buck型PFC此种拓扑结构是我们最常见的非隔离式降压拓扑结构。这种拓扑结构利用高边开关S的通断，直接斩波控制输出电压的大小。但是由于开关管在高边侧，若使用一般的N沟道MOS管，由于MOS管的S极不接地无法直接驱动，需要使用高边侧自举驱动电路才能完成正常驱动功能。这样整体电路器件就会增多，电路复杂，整体可靠性降低。解决此问题的方法一个是可以使用P沟道MOS管作为开关管，但是由于制造工艺问题，P沟道的通态电阻一般都比较大，整体通态损耗较大，而且P-MOS管的价格也相对而言较高。因此不是很适合。另一种方法是选用下面的浮地输出式拓扑结构。(2).浮地输出式Buck PFC拓扑图6 浮地输出式Buck PFC拓扑此种拓扑是基于Buck型拓扑的一种改进，整个拓扑将开关管放在低边侧，这样就可以免去了高边侧开关管驱动部分。整个电路的工作原理是，当开关管S打开时，源侧导通，相应的给电容电感充电，同时给负载供电。当开关管S关闭时，源侧关闭由电感L、二极管D和电容C构成放电回路，给负载供电。整个电路的比较特殊的地方时输出，由于输出采用的是电容两端的电压，因此输出的地是浮动的，并非与整流侧的地相同的地。这样的拓扑较为实用，由于低边驱动，驱动简单，器件较少，比较适合体积要求严格的地方。(3) .交错并联式Buck型PFC拓扑交错并联Buck PFC拓扑使用两个浮地输出式Buck降压电路直接并联的电路结构，在控制上，两个开关管基本保持相同的占空比，而相位在一个开关周期内相差180。交错并联技术有着减小输入、输出电流纹波，减小电感、输出电容大小的优点，在相同的电流纹波的要求下，可以使电感量为传统Buck PFC拓扑电感量的1/4，同时还可以降低开关管的电流应力，提高变换器效率和功率密度等优点，是中大功率变换器的首选拓扑。特别适用于大电流、低电压应用场合。图7 交错并联式Buck型PFC拓扑4 BUCK型PFC电路控制策略由于Buck型PFC输入电流无法完全接近正弦波,在对谐波电流要求高的场合并有局限性,因此目前为止对Buck PFC的研究并不深入。总的来说基本上是通过对传统Boost型PFC的控制策略的沿用和改进。而近年来还提出了一些新型的控制策略，如单周期控制、无差拍控制、滑模变结构控制等等。随着PFC技术的不断发展，关于PFC控制系统与控制策略的研究目前十分活跃，PFC技术的每一种控制策略都各有其优缺点，在不同的应用场合将各种控制策略合理搭配、取长补短，可以取得理想的控制效果，这也是控制技术发展的一个方向。(1).电感电流断续模式（DICM）该种控制方式通过控制Buck电路的电感电流始终工作在断续导通模式,每个开关周期的占空比相同,开关周期也是恒定的,在输入电压大于输出电压时,输入电流峰值包络线跟随输入电压呈正弦变化,自然输入电流平均值也是成正弦变化。虽然平均输入电流值不是完整的正弦波,但是只要合理设计输出电压,将电流谐波限制在一定值以内,也能够达到了功率因数校正的目的。该种控制方式最为传统,优点是控制简单,电感小,二极管没有反向恢复问题。缺点是电感电流峰值大,EMI差模特性差,开关管导通损耗大,效率得不到最优化。(2).电容电压断续模式（DCVM）电容电压断续模式(DCVM)的Buck PFC工作原理是普通Buck PFC前面再加一个LC电。其中L1的值较大,保证开关管开关状态下L1始终处于连续输入电流状态,而C1的值较小,通过合理设计L1,C1的值能够保证每次开关导通时C1上的电压下降到零。当开关管定频恒占空比工作时,能保证输入功率在工频周期内为正弦函数平方倍。该方法能够保证输入电流有一个较高的PF,而且控制方式也较简单,输入电流纹波小,但是由于C1上的电压峰值很大,一般大于输入电压的两倍(高压时为7OOV左右)。开关管,二极管的器件应力非常大,所以效率较低。图8 电容电压断续控制模式(3).钳位电流模式钳位电流模式Buck PFC(Clamped Current Buck,CCB)就是用普通的恒频峰值电流控制方式加上变斜率的斜波补偿实现。这种控制方式运用于Boost PFC在很早以前就己经被提出,同理用于Buck电路时通过合理设计补偿斜波的斜率也能实现电流波形接近正弦波,其电路系统结构图如图所示,(b)为该电路的输入电压电流波形,由图可知在电压峰值附近电流处于连续工作状态,会造成二极管的反向恢复损耗,而且开关管开关损耗也较大,补偿斜波的斜率设计也较为困难。图9 钳位电流控制模式主拓扑及主要波形(4).恒导通时间控制模式（COT）恒导通时间控制(COT)在Boost PFC上的应用已经很成熟,它的好处是天然的功率因数校正功能,无需乘法器与正弦参考电压。把COT控制用到Buck PFC上,并且有较好的结果。其电路框图如图10所示,当电感L的电流下降到零时开关管S开通;当计时电容Ct的电压由恒流源It充电达到误差放大器的输出Veao时开关管S关断,NJ时把Ct上的电放掉归零以准格下次开通计时。EA误差放大器与PNP电流镜反馈构成电压环,主要调整应对来自交流输入电压和负载的变化,其工作原理与Boost PFC完全一致,也就是衰减100/120Hz的母线纹波,使得误差放大器的输出Veao尽可能为直流电平。与同等条件的Boost电路相比,Buck PFC有更大比例的母线纹波,所以误差放大器的增益要比Boost低。与Boost PFC不同,输入电流不是连续的三角波,而是断续的锯齿波,如图10所示,因而平均电流的计算需要乘上占空比。图10 恒导通时间控制模式主拓扑及关键波形(5).单周期控制模式（OCC） 图11为 Buck PFC 变换器主电路拓扑及控制框图。在不控整流桥和 Buck 变换器之间并联了一个由功率开关 VT2、电感 L 和电容 C 构成的支路，开关 VT2与主开关 VT1实行互补导通。控制策略采用单周控制，控制回路主要由一个 PI 调节器、一个可复位积分器和一个 RS 触发器组成。在每个开关周期内，通过可复位积分器控制开关占空比，以实现整流桥输入电流同频同相跟踪输入电压变化，达到功率因数为 1，低谐波失真的目的。 图11 单周期控制主拓扑及控制框图对于整个单周期控制工作原理，相应叙述如下：为便于分析，做以下假设：（1）输入电压为理想正弦波；（2）开关频率恒定且远远大于电源电压频率。由于图中开关管是互补导通的，因此有以下等式：稳态式，在一个开关周期内对电感做伏秒平衡，则应该有将式(1) 和式(2)带入(3)并整理可以得到为了实现功率因数为1，电源侧电流需正弦化，且同频率同相位的跟踪电压变化。即整流桥直流侧输出电流与输出电压相位相同，波形相同。为此，在稳态时，将整流桥后级所有电网络等效为一个纯电阻，即可以实现此控制目的。设为等效电阻，则有由式(4)和式(5)得到将式(6)两端同时乘以电流传感器阻抗，整理可以得到 式中 在一个开关周期内可认为近似恒定，若令积分时间常数，对式(7)两边同时积分可以得到即化简可以得到式(10)即为单周期控制实现的目标方程，也就是说，如果能通过控制一个周期内的占空比来满足式(10)的等式条件，那就可以逆推上述推导过程，得到在稳态时，整流桥后级所有电网络可以等效为一个纯电阻，这样输入电流就可以跟踪输入电压。从而可以实现电源侧电流正弦化且与电压同频同相。实现功率因数校正的目的。具体的单周期电路实现如图11所示控制框图。而相应的工作关键波形如下图12所示图12 单周期控制关键波形五、文献查阅小结：通过上面的文献查阅的介绍，可以看出PFC是单相AD/DC变换器的一种最理想的电路结构。而对Buck型PFC电路研究主要围绕几个方面进行，分别是电路拓扑、控制策略和部分缺点优化。电路拓扑的研究主要解决如何提高功率等级、降低损耗调高效率、降低器件应力、简单的驱动以及采样等问题，针对提高功率等级使用的是多相并联的技术，针对降低损耗调高效率一般使用无桥的拓扑结构。而为得到简单的驱动和采样一般会选择MOS开关管处于低端的拓扑结构。控制策略方面，主要以恒定导通时间控制模式、变导通时间控制模式以及单周期等的控制研究最为活跃。其中恒导通控制算法已经有比较成熟的模拟芯片的实现方案。通过文献查阅，可以看出对PFC的研究与实现有一些重点和难点问题。主要表现为实现方式以模拟控制为主，算法控制并不够灵活，宽带宽调节器不容易题实现等。参考文献：1 王兆安. 电力电子技术. 机械工业出版社. 20032 张崇巍, 张兴. 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Smedley, Interleaved Boundary Conduction Mode (BCM) Buck Power Factor Correction (PFC) Converter IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 6, JUNE 2013.27 易映萍，梁锦，姚为正单相PFC整流电源的研制电气开关(J), 1999 (5)：44-46。28 王冬平，陈树君，黄继强，殷树言一种低谐波单相AC/DC变换器的控制方法与实现电力电子技术(J),2003,37(4)：85-87。29 王志强等译.精通开关电源设计IM.北京:中国邮电出版社，200830许化民,阮新波,严仰光.单级功率因数校正AC/DC变换器综述.电力电子技术,2001年第1期,pp.56-60。31 赵修科. 实用电源技术手册磁性元器件分册. 辽宁科学技术出版社. 2002,8。32 GuiChao Hua，Fred C.LeeSoft-Switching Techniques in PWM Converters，IEEE Trans.on Industrial Electronics，1995, 42(6).33 冯玉生单片机控制三相PWM产生器的逆变电源设计电力电子技术(J), 2005, 39(2)：21-23。34 Manias S，et alAn Ac to Dc Converter with Improved Input Power Factor and High Power Density，IEEE Trans on IA，1986 22(6).35 Malesani L，Mattavelli P，Tomasin PHigh-Performance hysteresis modulation technique for active filter，IEEE Trans on PE，1997,12 (5)：876-884.36 Fujita H，Watanabe Y，Akayi Hcontrol and analysis of a unified power flow controller，IEEE/PELS PESC98，1998, 6：805-811.37 何茂军，李晓帆，付应红PFC高频整流器控制原理与控制策略的研究电力电子技术(J),2000 (5)：15-17。38 杨靖，基于DSP的单相功率因数校正数字控制研究，硕士学位论文，南京：南京航空航天大学，2007。39 张喻，基于半桥PWM整流器的PFC研究，硕士学位论文，南京：南京航空航天大学，2007。40 张玉成，单相电压型PWM整流器研究，硕士学位论文，武汉：华中科技大学，2007。41 王晓东，双向PWM整流器设计与研究，硕士学位论文，武汉：武汉理工大学，2007。42 Liu Hsing,Fu,Liu yung Hing,Tzou Ying Yu. 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Ziogas，Stefanos ManiasAn Active Power Factor Correction Technique forThree-phase Diode Rectifiers IEEE Trans on PE，1991 6(I).46 李杭军.基于DSP控制的功率因数校正研究D.扬州大学，2008.5.47 林飞，杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真M.北京:中国电力出版社，2009.注：可加附页，附页页码用11、12等表示。二、和选题相关的调研报告：（调研时间、地点、单位及主要收获等）1. 2013年3月2013年4月，武汉理工大学图书馆通过图书馆的国内外书籍、论文和杂志的阅读，学习电力电子变换器的各个常用的拓扑，重点了解AC/DC变换器的应用和设计，只要包括PWM整流器拓扑设计、功率因数校正技术、PFC控制方法等相关知识。2. 2013年5月2013年6月，自动化实验室查阅与本课题相关的论文、文章、书籍，搜集研究资料，了解国内外的研究现状与研究手段，并进行本课题研究方案的初步设计。学习和熟悉使用仿真软件，如MATLAB、orCAD、PSIM等。3. 2013年6月2013年8月，互联网进行Internet网络检索，查阅国内外网上相关主题的专题讨论和研究信息，了解国内外最新发展动态，技术难点。4. 2013年8月2014年4月，自动化实验室深入学习采样检测技术、AC/DC变换技术、电路建模知识，设计样机电路参数，初步完成课题的准备工作。注：可加附页三、选题报告（应包括以下内容）：1所选课题的题目及课题来源题目：基于BUCK型拓扑的功率因数校正系统的研究与应用研究来源：自选课题研究2课题研究的目的、意义能源是世界文明的支柱,是社会运转的动力,是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。能源危机成为21世纪突显的人类难题之一,因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济,从而造成经济衰退并影响着人们的生活质量,甚至爆-发战争,如历史上的伊朗革命爆发、波斯湾战争。随着人类文明的发展,电力作为二次能源成为人们生活生产不可或缺的资源。电能是人类目前最清洁的能源,随着电力电子的飞速发展,人类对电能的利用也进入了一个崭新的时代。可以说,任何用电设备都离不开电源,但是由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件的存在会使输入交流电流波形发生严重畸变,网侧输入功率因数很低,对电网造成了很大影响。由于输入电流的畸变,就相当于对电网注入了很大的谐波电流,这些高次谐波电流容易引起了电网频闪、三相不平衡或者电压畸变等电网故障,严重影响电能质量、传输效率以及设备的安全可靠运行。针对谐波污染、功率因数下降以及电磁干扰等问题，国内外已经颁布了一系列的国家标准和行业标准，以保证人们用电的质量以及电网的正常运作，如国际电工委员会（IEC）的IEC61000-3-2-4-6、我国标准化委员会的GB17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值等。电网对接入到它交流母线上的电力电子装置或者其它用电设备提出了高功率因数、低谐波畸变以及高转换效率的要求。因此AC/DC变换器中一个重要的部分功率因数校正电路(PFC)得到了很高的重视以及广泛的研究。本课题的研究目的以及意义是：通过对Buck型PFC电路的拓扑结构和控制算法的研究，得到该电路拓扑基于峰值电流控制模式的控制模型以及数字化实现的方法，为中小功率的AC/DC变换器提供一定的参考方案。3和本课题有关的国内外研究现状分析，包括发展水平和存在的问题等功率因数校正的研究主要沿着多个方向发展，主要有依靠降低元件应力以提高功率等级、电路轻载是的软开关控制，还有新型高动态性能的控制算法。由于目前传统的有源PFC电路还是广泛采用Boost拓扑,但是随着开关电源功率密度的进一步提高,传统的Boost PFC电路效率己经不能满足高功率密度的要求,特别在宽范围输入电压条件下,传统的Boost PFC电路在低压输入(90Vac)的效率会比高压输入(230Vac)低2.5%左右,由于AC/DC适配器应用中的散热设计都是根据效率最低点来设计的,因此boost功率因数校正器在输入低压时的低效率,成为严重制约适配器的功率密度和效率提高的瓶颈。Boost PFC电路在低输入电压条件下效率下降的原因主要是在低压输入时,为了满足输出功率的要求,输入电流会增大。输入电流增大会导致整流桥,开关管的导通损耗以及电感的铜损大大增加。近年来,越来越多的研究者开始研究降压型(Buck)功率因数校正器。因为在低压输入(90vac)场合,由于Buck电路自身降压的特性,使得输入输出电压较为接近,因此能实现较高效率。Buck PFC能够使得整个输入电压范围下都能保证较高效率,有利于工业上的热设计,提高了开关电源的功率密度。但在很多情况，Buck型PFC还存在着诸多缺点：(1).输入电流谐波含量大。由于Buck型PFC自身拓扑原因，在输入电压低于输出时，整个拓扑是不工作的，因此电流存在死区。无法使输入电流跟踪输入电压，这部分失真会大大增加低次谐波含量。(2).驱动或者输出电压采样复杂。针对Buck PFC的两种拓扑,浮地驱动型需要采用自举驱动或者变压器隔离驱动方式,浮地输出型则需要增加额外电路采样输出电压。(3).高端效率低。Buck PFC的效率随着输入电压的变高并没有明显提升,如果没有优化设计,在输入高压端(265V)效率有可能比低压端(90V)更低。(4).抗浪涌电压能力差。由于工作时Buck电路AC侧没有与母线电容直接相连,因此Buck PFC无法靠母线电容吸收浪涌能量,比Boost PFC的抗浪涌能力差,需要在AC侧加足够大的压敏电阻或者气体放电管。如何通过提高高端效率，如何消除死区带来的谐波，如何减少器件的数量从而提高变换器的可靠性，节约成本，都成为了值得我们的更深一步探讨的问题。4研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：(1).通过数学建模，得到单管Buck型PFC基于单周期控制的功率级数学模型。(2).通过分析拓扑工作原理，得到单周期控制的开环控制模型。(3).通过对开环模型的校正计算，得到电压误差补偿器参数的计算方法。(4).通过TI的C2000控制器实现对