单相高功率因数整流电源

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1、单相高功率因数整流电源摘要:本电源分作功率因数校正与DC-DC变换器两部分，均以PWM调制方式为基本工作方式。功率因数校正控制电路采用以UC3854为核心的有源功率因数校正专用控制电路，电路结构简单。DC-DC变换器电路选用的是具有PWM可自动控制的芯片SG3525和推挽激励方式，用光电耦合器实现高低压电路的隔离。通过适当的电路组合，电源在220V交流输入时，达到了36V输出电压3A以上输出电流的要求。电源的功率因数达到了96%以上，效率较高，开关电源的输出噪声和纹波电压远小于选题中的要求，电源质量指标极高。作品达到了题目的基本要求和扩展要求的功能。关键词：功率因数；PWM脉宽调制；DC/D

2、C变换；稳压一、系统设计方案与论证1.1  系统结构根据题目要求，为了设计和制作调整的方便，将电源电路分作功率因数校正与DC-DC变换两部分，两者电路相对独立，电压值相互配合。功率因数校正部分由噪声过滤电路、整流滤波电路、BOOST升压电路、功率因数控制电路等组成。DC-DC变换电路由推挽式激励电路、PWM调制电路、低压整流滤波电路、电压反馈电路、电流限制电路、辅助电源电路等组成。整体结构框图如下图所示。 1.2  方案论证所谓高功率因数，实际上是指在正弦交流电压输入时，具有正弦交流电流波形，且电压、电流的相位相同。对于功率因数校正电路，常用于大功率开关电源中。功率因数的控制相对比较复杂，本

3、选题要求功率因数达到95%以上，由单元电路组合的方式进行设计难以保证。因此，本设计采用功率因数专用集成器件为核心进行设计，即有源功率因数校正电路。目前，控制所用的集成电路种类较多，如ML4821、UC3854、CS3810、TDA4814、KC34262等，它们的工作方式有所还同。这里选用UC3854集成器件，它属于平均电流跟踪控制型。并具有完成升压变换器校正功率因数所需的全部控制功能，理论上功率因数达到0.99以上，输入电流波形失真小于5%。升压电路采用最基本的BOOST电路。DC-DC变换电路是开关电源的主体，其结构也有多种类型，如反激励式、单管正激励式、推挽激励电路、半桥激励电路、全桥

4、激励电路等。后三种类型比较适合大功率电源。推挽激励电路在激励管的驱动方式上较为简单，且在噪声抑制方面有一定的优越性，只是对激励管的耐压要求高了一些。本方案就选用推挽激励电路。为获得较高的效率和较小的体积，设计中采用脉冲宽度调制集成芯片SG3525A进行智能控制。SG3525A集成了取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路，可以方便控制主回路，把交流电压变换成符合设计要求的高频方波脉冲电压，还有电压调整（稳压）控制和对电源或负载提供保护等功能。DC-DC变换器中的PWM调制已有更多的集成器件可供选用。SG3525是较为常的典型器件，其控制功能全，驱动能力强。我们对此芯片使用次数较多，性

5、能熟悉，本方案就选用这一器件进行控制。对于开关电源特有的噪声问题，在电源电路结构方案中和电路板装箱布局两个环节中加以解决。另外，电路规模较大，控制电路复杂，若配置独立的辅助电源，则性能会比较稳定，也有利于提高电路的整体工作效率。在本设计方案中配备一个辅助电源，其输出电压为取样比较电路、PWM调制电路、显示电路等提供合适的电源。二、从原理上对技术指标的分析与处理2.1  DC-DC变换器部分在基本要求中，输入电压为220V，输出电压36V±2%；正常的输出电流为0A～2.8A，最大工作电流要达到3.5A。也就是电源的输出功率应该达到130W，整体功率应该是150W。用单管正、反激励工作方式一般

6、达还到这一功率要求，只有选用推挽、半桥、全桥激励电路三种，以上确定的推挽激励方式可以达到选题要求。从能量体积比上看，激励电路的工作频率应该是越高越好，但最终还是受到开关器件工作速度的制约。目前使用较广的是场效应管，它们的极限工作频率大约为50kHz。本设计中的激励频率大致定在这一数值附近。电源的输入输出要求隔离，是一种常规设计方式，一般采用器激励变压器配光电耦合器进行隔离。在功率因数校正电路（PFC）电路中还涉及输出，无需隔离。在DC-DC变换电路中，为了方便电流、电压指标的设置，采用两只光电耦合器进行隔离反馈。基本要求中，在输出电流≥3.5A时启动过流保护，保护时无直流电压输出。在发挥部分

7、要求过流故障排除后，电路自动恢复正常输出。这就要求出现过流情况后，当即停止电能输出，当然也无法进行实时检测，只能进行定时检测，决定是否恢复供电。因此，控制电路中设置电流检测电路的同时，还应包含一个单稳定态电路。基本要求中效率在70%以上，发挥部分要求效率85％以上，这上个相当高的技术指标。虽然开关电源的工作效率远远高于普通型串联稳压电源，但仍有很大的功率损失。为了在本设计中提高效率，采用了以下几个措施：1.一