专题3-高功率因数电源的设计

单相高功率因数的电源设计

物理与电子信息工程学院课程名称：电子器件及应用授课章节：专题三单相高功率因数的电源设计一、设计要求

设计并制作一台单相高功率因数整流电源，输入单相交流电压有效值为220V，50Hz，输出电压为直流36V，输出功率为100W。二、要求1．基本要求(1)输入电流波形为基本正弦；(2)输入电压为220V±10%，50Hz时，输出电压36V±2%；(3)当输入电压为220V，负载电流从0A～2.8A时，输出电压36V±5%；(4)效率70%以上；(5)输入输出隔离；(6)具有过流保护(输出电流≥3.5A时动作),保护时无直流电压输出；(7)输出纹波电压峰-峰值＜1V（满负荷下）。2．发挥部分(1)功率因数达到0.95以上（功率因数达不到要求时，所有发挥部分不计分）；(2)当输入电压由198V变化至242V，负载电流2.8A时,输出电压36V±0.2%；(3)当输入电压为220V，负载电流从0A变化至2.8A时，输出电压36V±0.5%；(4)效率85％以上；(5)过流故障排除后，电路自动恢复正常输出；(6)输出纹波电压峰-峰值＜0.4V(满负荷)；(7)其它。三、说明1．电路中必须设置一些测试点，提供测试方便；2．在调试过程中,要注意安全；3．DC/DC模块不允许使用成品模块，不得另加辅助电源；4．本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器（AC耦合，扫描速度20ms/div）测量；5．电源应能在测试过程中连续安全工作。二、背景知识

为什么进行功率因数校正？电路中的电流与电压均为正弦波的情况有：电流滞后于电压的相位角功率因数低，造成无功功率增加。无功功率大的危害？无功损耗增大，降低了设备的利用率。降低了总的输入功率因数，可能要多缴电费：一般在供电合同中都明确有规定，用户功率因数在高峰负荷期间应达到cosφn（对于电信企业，一般取0.9），高于这个标准者可以少缴电费（奖），低于这个标准则要多缴电费（罚）。

无功功率大主要与哪些因素有关？电路中的谐波。1、什么是谐波根据国标《电能质量公用电网GB/T14549-93》的定义：“谐波（分量）为对周期性交流分量进行傅立叶分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。”也就是说谐波是一个周期电气量的正弦分量，其频率为基波频率的整倍数。一个正弦波在5次谐波和7次谐波的影响下怎样发生畸变。

7thharmonic5thharmonicfundamentalharmonicsdistortedwavefundamental基波和谐波引起的失真波形

2、谐波的产生整流元器件是最主要的谐波源。如UPS，开关电源，变频器等都含有整流器。这些元件轮回地导通和关断，造成了交流电源回路的波形强行发生了变化，使得正弦波产生畸变。电流波形不再是正弦波形。利用傅立叶级数进行分解基波正弦波各次谐波3、表示谐波的参量为了表示畸变波形偏离正弦波形的程度，最常用的特征量：谐波含量总畸变率h次谐波的含有率所谓谐波含量，就是各次谐波的平方和开方。

谐波电流总畸变率

第h次谐波电流含有率

4、含有谐波的功率因数式中γ＝I1

/I，即基波电流和总电流有效值之比，称为基波因数。而cos（α1－β1）称为位移因数或基波功率因数。可以看出，在非正弦电路中，功率因数是由基波电流相移和电流波形畸变两个因数决定的。总电流也可以分为基波有功电流，基波无功电流和谐波电流三部份组成。谐波电流含量越大，功率因数就越低。（1）减小谐波采用新型的设备（UPS）增加滤波器(无源滤波和有源滤波)（2）无功功率补偿无源PFC电路。有源PFC电路。5、如何来提高功率因数？无源PFC电路工作原理

有源PFC电路专用控制芯片L6562三、设计方案

方案一：基于UC3842的单端反激式开关稳压电源电路方案二：基于ATMEGA128单片机的单相高功率因数整流电源电路

基于UC3842的单端反激式开关稳压电源电路220V交流输入整流滤波有源功率因数校正(PFC)反激式DC-DC模块36V直流输出AVR单片机控制器电流采样显示模块电压采样PWM控制过流保护及自动恢复基于ATMEGA128单片机的单相高功率因数整流电源原理框图

1、整流滤波模块

2、PFC模块

3、反激式DC-DC模块

工作原理：单片机产生PWM波控制开关管的通断。当开关管导通时，输入电压加在变压器一次线组等效电感两端，电流从零开始升到峰值电流，对其储能，这时变压器二次侧感应电动势被二极管阻断负载由输出滤波电容提供能量。当开关管关断时，变压器一次线组被阻断，其流经电流为零，变压器二次侧感应电动势改变方向，二极管导通，负载和输出滤波电容同时都