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一、我的设计题目及研究方向

我所选论文的题目是“单相有源功率因数校正技术的设计”,在开展毕业设计的第一阶段我阅读参考了《功率因数校正原理与控制IC 及其应用设计》、《功率因数校正技术与应用》、《电力电子技术》以及一些相关的电子资料。对功率因数校正技术的原理,应用有了一些最基础的了解,在阅读的工程中发现有很多知识点是跟电子线路和电力电子技术有关的知识,这些对于我而言还是有些难度的,所以重温了一下以前的有关知识。

二、我所阅读的资料文献综述

随着社会经济的不断发展及人们生活水平的不断提高,各种电器和电气设备在人们的生活和工作中得到了越来越广泛的作用。由于开关电源具有体积小、功率密度大和工作效率高的一系列特点而得到广泛的应用。

在很多这类设备的内部,都需要一个将工频市电转换成直流的AC-DC 电源变换电路。像荧光灯交流电子镇流器个变频调速器等离线系统,并且这个前端AC/DC变换器部分通常采用全波桥式整流和大容量电容滤波电路。由于大容量电容滤波器的存在,整流二极管仅在交流(AC )输入电压瞬时幅值高于电容上的电压时,才会因正向偏置而导通,而在AC 线路电压瞬时值低于电容上的电压时,因反相偏置而截止。其结果是,AC 输入电压波形畸变可以忽略,仍然保持正弦波形状,但是AC 输入电流却发生严重失真,不再为正弦波,而是呈高幅值的窄尖峰脉冲。这样的非正弦波电流波形,其基波成分很低,而谐波含量却很高。在这种情况下,输入功率因数不再等于COS φ。事实上,PF 值不仅取决于输入电压与输入电流(基波)之间的相位角,而且在很大程度上取决于谐波电流及总谐波失真(THD )。AC 输入电流谐波被公认为是一种“电力公害”,它不仅会使线路功率因数降低,影响交流电源的利用率,造成电能的浪费,而且会对电网和其它相邻用电设备产生大量的谐波干扰,对周围环境造成电磁污染,对系统本身和连接在同一交流电源系统的其他电器设备产生恶劣的影响,乃至引起故障,损坏设备。

电磁污染已成为威胁电子电器设备正常、安全和经济运行,威胁人类健康

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2 和社会生活的一个重要污染源。世界各国都制定了相应的技术标准,用以限制谐波电流的含量。

功率因数校正(PFC )技术是提高电子产品的功率因数、降低谐波干扰的有效方法之一。功率因数校正按实现方法可以分为有源功率因数校正(APFC )和无源功率因数校正(PPFC )两大类。由于有源功率因数校正技术在电路工作特性和电路工作稳定性等方面都较无源功率因数校正技术的相关技术指标要好,得到了广泛的应用,所以参考书中都主要介绍有源功率因数校正技术的工作原理和应用。

目前世界上的许多的集成电路制造公司纷纷推出了用于有源功率因数校正用集成电路控制芯片。它们具有控制特性良好、使用方便的优点。同时有如Onsemi 安美森公司、ST 意法公司和Infineon 英飞公司等为了方便用户使用它们所推出的有源功率因数校正用控制集成电路,还推出了相关的计算机辅助设计软件,这些计算机辅助软件有的是基于Microsoft 的Excell 设计表格,它们的共同特点是使用方便和直观,极大地方便了用户的有源功率因数校正电路的设计。 提高线路功率因数的意义

(1) 可以增加发电设备和变电设备发送的有功功率,减少无功功率,使

电力供电设备得到充分利用。

(2) 能够减小电力输送线上的电流,节约铜材和铝材,降低输送线路上

的电压降落和功率损耗,节约电能。

(3) 在一定的供电线路导线线径和变压器容量下,可以增加用电设备的

负载。

(4) 提高功率因数可相应减小线路电流波形的畸变,抑制谐波电流对电

网造成的污染。

采用PFC 技术的目的不只为了提高功率因数,更重的是为了校正和补偿发生畸变的输入电流,在系统的输入端残生正弦波波形的电流,而且与AC 输入电压尽可能保持保持同相位,是系统呈现为纯电阻性负载。

传统的功率因数概念是基于线性负载条件的,它要求交流设备中的电压和电流为相同频率的正弦波。对于负载呈现电感的大多数电气设备,功率因数都比较低。为了提高负载的功率因数,通常可以在负载两端并联移相电容,这种方法被

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3 称作功率因数并联补偿。对于电流波形发生严重失真的情况,传统的PFC 方法不再适用和有效,迫使人们探求新的解决方案。

新式PFC 技术始于20世纪80年代初。荧光灯电子镇流器的问世和开关型电源的发展,为PFC 技术的发展提供了机遇。

在早期的开关电源中,人们在桥式整流器输入端设置“L ”型LC 网络,利用“电感上的电流不能突变”的特性,来增加整流二极管的导角,使输入电流波形畸变得到一定程度的控制,这种方法被称为无源功率因数校正(PPFC )。该方法的缺点是PFC 效果不是很明显,而且体积庞大、笨重,成本高,在尺寸有限的电子镇流器中难以被采用。这种PPFC 电路很来被由二极管、电容和小电感等无源元件组成的PPFC 电路拓扑所取代。(电路的拓扑结构就是指电路中节点、支路、回路的数量,这些都反映了电路中各部分连接的实质状况。同一个拓扑结构可以画成几何形状不同的电路图)。

为了提高PFC 效果,使谐波电流含量达到低失真要求,基于晶体管等有源元件的有源功率因数校正(APFC )技术迅速发展起来。在20世纪80年代初,飞利浦公司开发的32W 双灯管电子镇流器,就采用了由分立元器组成的APFC 电路,线路功率因数达到0.96以上,电流谐波含量达到L 级低失真要求。这种电子镇流器使用了110多个元器件。由分立元器件组成的APFC 电路过于复杂,导致成本增加,同时也增加了产品的体积和质量,使其应用受到了限制。

微电子技术日新月异地飞速发展,使基于专用集成电路(ASIC )的APFC 技术于20世纪80年代中期营运而生。西门子等公司生产的TDA4812、TDA4813等PFC 控制器IC ,陆续投放市场。到了20世纪80年代后期,世界所有半导体巨商,都瞄准了APFC 技术的巨大商机,争先恐后地研发和生产APFC 芯片,使其系统化。APFC 控制IC 的批量生产,使其价格逐年降低,有些IC 目前的单价已不足0.5美元,从而为APFC 技术的广泛应用创造了条件。

《功率因数校正原理与控制IC 及其应用设计》、《功率因数校正技术与应用》书中基本的章节是比较相似的,大致为:功率因数校正的基本类型、控制技术及其基本工作原理、临界传导模式(CRM )PFC 控制器、连续传导模式(CCM )平均电流控制PFC 控制器、单级PFC 控制器、其他几种类型的PFC 控制器、PFC 与镇流器控制器组合IC 、无源电源PFC 与PWM 控制器组合IC 、PFC 功率模块等。

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4 三、我的初步设计方案构建

通过这段时间对所搜集资料的阅读,对于功率因数的认识更加深入了些,并

不是简单的P/S了,对于谐波也有了更加清楚的了解,但是在接触到资料中所涉及到的各种各样的电路中元器件的功能还是有些生疏的,感觉电路中的元器件多而连接复杂,特别是看到集成IC 部分的内容的时候更是有种很空洞的感觉,都是纯理论的知识,所以感觉很不真实,而且看似简单的设计题目设计到得知识面还是很广的,电力电子的知识运用的很多,在以前的学习中学的不是很扎实,需要花很多的时间理解运用。

另外也阅读了一些电子档的资料,大多数都是一些参考性的论文,了解了论

文的大体格局,有些参照的标准。

我的主要技术思路如下:

(1)在分析PFC 技术拓扑结构的基础上,选择了临界工作模式拓扑电路

TDA4863控制器进行设计,以提高变换效率。

(2) DC /DC 变换器选择易于设计的反激式变换拓扑电路,控制芯片初选

为NCP1207,该电路采用先进的准谐振技术,实现了开关管的软开通,而且始终工作在不连续状态,为后级同步整流提供了便利条件。

(3)后级整流部分采用改进传统的电流驱动型同步整流方式。

(4)需要考虑抑制电磁干扰的问题。

总体而言,搜集阅读和消化资料中知识点是制作毕业论文的前提和基础,在

阅读一些针对题目的资料的同时也要对所设计的零星的基础知识加以回顾和掌握,在大致理解的基础上,才能在制作论文的过程中才能够对属于的知识运用自如。制作论文的过程本身也是一个学习和温顾的过程。

主要阅读参考资料目录(共15篇) :

[1] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M],电子工业出版社,2005

[2] Abraham I.Pressman 著, 王志强等译. 开关电源设计[M],电子工业出版社,2005

[3] 王聪. 软开关功率变换器及其应用[M],科学出版社,2000

[4] Ron Lenk 著 王正仕 张军明译. 实用开关电源设计[M],人民邮电出版社,2006

[5] 赵同贺. 开关电源设计技术与应用实例[M].人民邮电出版社 2007

[6] 刘胜利. 现代高频开关电源实用技术[M].电子工业出版社,2001年9月

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[13] 杨旭,裴云庆,王兆安. 开关电源技术[M]. 北京:机械工业出版社,2004: 72-78.

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