开关电源功率因数校正电路设计与应用实例

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开关电源功率因数校正电路设计与应用实例 1.1功率因数定义及校正技术 1.1.1功率因数定义及谐波 1.1.2功率因数校正技术 1.2功率因数校正控制技术 1.2.1功率因数校正控制方法 1.2.2功率因数校正电路控制器 1.2.3功率因数校正技术发展动态 第2章功率因数校正电路 2.1无源PFC校正技术 2.1.1无源PFC电路 2.1.2改进型无源PFC电路 2.1.3单相无源PFC整流器的电路拓扑 2.2有源功率因数校正(APFC)电路 2.2.1APFC电路工作原理及分类 2.2.2APFC变换器中电流型控制技术 2.2.3主频同步控制PFC电路 2.2.4输入电流间接控制的APFC电
开关电源 功率因数校正电路 设计与应用实例 》周志敏纪爱华编4 化学二业贯版社 北京 图书在版编目(CIP)数据 开关电源功率因数校正电路设计与应用实例/周志敏 纪爱华编.一北京:化学工业出版社,2012.7 ISBN978-7-122-144133 I.①开…Ⅱ.①周…②纪…Ⅲ.①开关电源电路 电路设计Ⅳ.①TN43 中国版本图书馆CIP数据核字(2012)第113142号 责任编辑:宋辉 文字编辑:云雷 责任校对:蒋宇 装帧设计:关飞 出版发行:化学工业出版社(北京市东城区青年湖南街13号邮政编码100011) 印装 刷:北京云浩印刷有限责任公司 订:三河市前程装订厂 787mnm×1092mm1/16印张15%字数367千字2012年10月北京第1版第1次印刷 购书咨询:01064518888(传真:010-64519686)售后服务:010-64518899 网址http://www.cip.com.cn 凡购买本书,如有缺损质量问题,本社销售中心负责调换。 定价:48.00元 版权所有违者必究 制: ::1: x:t!: 前言 电源是各种电子设备必不可少的组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的安 全性和可靠性。开关电源是目前电子设备中应用最为广泛的一种电源装置,具有损耗 低、效率高、电路简洁等显著优点,主要应用在计算机、电子设备、仪器仪表、通信设 备和家用电器中 随着电子信息产业的高速发展,人们对开关电源的需求与日俱增,开关电源功率因 数校正技术已成为提高开关电源效率、减少电网污染的核心技术,开关电源的开发、研 制和生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。随着开关电源的广泛应用,开关电源功 率因数校正技术显示出了强大的生命力。为此,本书结合国内外开关电源功率因数校正 技术的发展方向,系统地介绍了开关电源功率因数校正技术的原理及典型功率因数校正 集成控制器,重点介绍了开关电源功率因数校正电路设计与应用实例。 本书从开关电源功率因数校正技术的发展与创新以及新技术在工程设计中的应用等 方面,多角度地介绍了开关电源功率因数校正技术的发展和应用。在写作上尽量做到有 针对性和实用性,力求做到通俗易懂和结合实际,使得从事开关电源开发、设计、应用 和维护的技术人员从中获益。读者可以此为“桥梁”,系统、全面地了解和掌握开关电 源功率因数校正电路的设计和最新应用技术。 本书由周志敏、纪爱华编写,周纪海、纪达奇、刘建秀、顾发娥、纪达安、纪和 平、刘淑芬等同志为本书编写提供了帮助,在此表示衷心的感谢。 由于时间仓促,水平有限,难免有不当之处,敬请读者批评指正 编者 目录 第1章概述/1 1.1功率因数定义及校正技术 ,鲁鲁6非鲁自 1.L.1功率因数定义及谐波……… 功率因数校正技术 8 1.2功率因数校正控制技术 1.2.1功率因数校正控制方法 日自意鲁自音 ………………………………13 1.2.2功率因数校正电路控制器 18 功率因数校正技术发展动态 22 第2章功率因数校正电暗/27 2.1无源PFC校正技术 27 2.1.1无源PFC电路 27 2.1.2改进型无源PFC电路 曹香曹鲁音。··最自自自自自 30 21.3单相无源PFC整流器的电路拓扑 33 2.2有源功率因数校正(APFC)电路… 38 2.2.1APFC电路工作原理及分类 ·自 垂香。鲁面。世 …38 2.2.2APFC变换器中电流型控制技术 …………………40 2.2.3主频同步控制PFC电路……… 47 2.2.4输入电流间接控制的APFC电路 49 2.2.5临界导电模式APFC电路 50 2.2.6DCVM模式工作的Cuk变换器的APFC 2.3复合型单开关PFC预调节器及基于 SEPIC的PFC电路 58 2.3.1复合型单开关PFC预调节器 58 2.3.2基于 SEPIO的PFC电路 61 2.4软开关PFC电路 67 2.4.1单相三电平无源无损软开关PFC电路 ……67 24.2单相 Boost型软开关PFC电路 2.5单级隔离式PFC… 80 2.5.1单级PFC技术 ·善非自自非非鲁·鲁自D● 80 2.5.2单级PFC变换器的功率因数校正效果分析…… ∴…………88 2.5.3单级PFC电路的直流母线电压 90 2.5.4单级PFC变换器的设计 94 2.5.5基于 Flyboost模块的新型单级PFC电路 100 2.5.6恒功率控制的单级PFC电路… 105 第3章功率因数校正电路集成控制器111 3.1UC/UCC系列PFC集成控制器 ………111 3.1.1UC3852PFC集成控制器 3.1.2UC3854PFC集成控制器… 看·面 1l4 3.1.3UC3854A/BPFC集成控制器 119 3.1.4UCC3858PFC集成控制器… 自自鲁鲁■ 125 3.1.5UCCx850x0PFC/PWM组合控制器 129 3.2TDA系列PFC集成控制器 …133 3.2.1TDA16888PFC集成控制器 …133 3.2.2TDA4862PFC集成控制器…… …137 2.3TDA16846PFC集成控制器 ■看争甲鲁 …………139 3.3其他系列PFC集成控制器 140 3.3.1MI4841PFC集成控制器 140 3.3.2MI4824复合PFC/PWM控制器……… 141 3.3.3FA5331P(M)/FA5332P(M)PFC集成控制器 …143 3.3.4L4981PFC集成控制器 ……………………147 33.5NCP1650PFC集成控制器 148 3.3.6HA16141PFC/PWM集成控制器 3.3.7MC34262PFC集成控制器……… 154 3.3.8FAN4803PFC集成控制器 …157 3.3.9CM68/69 KX PFC/PWM集成控制器 ……159 第4章功率因数校正电路设计实例/165 实例1基于∪c3852的PFC电路设计实例 曹看鲁。 165 实例2基于UC3845的PFC电路设计实例 175 实例3基于∪C3854A/的PFC电路设计实例 ………………178 实例4基于UCC28510的PFC电路设计实例… 183 实例5基于∪cc3858的PFC电路设计实例 188 实例6基于 TOPSwitch的PFC电路设计实例 194 实例7基于ML4824的PFC电路设计实例 实例8基于TDA16888的PFC电路设计实例 鲁春··鲁自鲁音● 200 实例9基于MC33260的PFC电路设计实例 ……205 实例10基于NCP1650/的PFC电路设计实例 220 参考文献/236 第(章 概述 [11功率因数定义及校正技术 1.1.1功率因数定义及谐波 电源设计一直是一个极富挑战性的工作,随着许多传统的难题得以解决,一些有关 电源效率的规范和要求的标准将再次展现新的挑战。规范标准的第一个阶段其实已经开 始,针对降低待机能耗(低负载状态)方面。下一个阶段的任务将更艰巨,就是提高工 作状态下电源的效率。在美国国家环保局“能源之星”计划以及中国中标认证中心 (CECP)的推动下,世界各地正在公布有关电源工作效率的新能效标准。这些更有挑 战性的标准将需要电源厂商及其供应商(包括半导体供应商)共同努力,提供能符合这 些新要求的解决方案。 在这些趋势中,IEC1000-3-2标准对功率因数校正(PFC)或降低谐波电流提出强 制要求,为此,近年来在电源结构方面发生了较大的变化。随着所有设备的功率不断增 大,及降低谐波电流的标准不断普及,越来越多的电源设计已经采用PFC电路。设计 人员因此面临这样一个难题,既要在产品中采用合适的PFC电路,也要满足降低待机 能耗、提高工作效率和EMI限制等高效指标。 功率因数校正解决方案的选择范围包括无源电路到各种有源电路,因应用的功率水 平和其他参数的不同,解决方案也会有所不同。近年来随着分立半导体元件的发展和更 低价格的控制IC上市,进一步拓宽了有源PFC解决方案的适用范围。在评估PFC解 决方案时,重要的是要把整个系统的实施成本和性能结合起来进行综合评估。 (1)提高功率因数的意义 ①提高功率因数是节能的要求 功率因数的大小意味着在视在功率相同的情况下,所能提供给负载有功率的大小 若将功率因数从0.65提高到0.90,则容量为1000kV·A的发电机可带动功率为10kV 学兔兔 ww bzf xw con 开关电源功率因数校正电路设计与应用实例 A的电动机的台数从65台增加到90台。可见,提高因数能更充分地利用发电机设备的 容量。功率因数小,不仅浪费能源,而且使线路上的电流增加,损耗增大,同时还存在 火灾隐患 ②提高因数是提高电能质量,保证电力系统安仝稳定运行的要求 近年来,电流波形失真已经继相移因数成为第二个导致功率因数低的主要原因。大 量高次谐波电流涌入各级电网,引起公用电网的电压波形发生失真、三相电压不对称及 电压的波动和闪变,严重威胁电网和各种用电设备的安全经济运行 ③提高功率因数是各国限制电网谐波标准的要求 我国及国外许多国家均制定、颁发了控制和限制电力系统谐波的标准,其目的主要 是为了控制电网中电压和电流波形失真在允许范围内,保护用电设备的安全运行,减少 电网污染对通信系统造成的干扰。 功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形,以使从电源吸取的有功功 率最大化。在理想情况下,电器应该表现为一个纯电阻负载,此时电器吸收的反射功率 为零。在这种情况下,本质上不存在输入电流谐波。电流是输入电压(通常是一个正弦 波)的完美复制品,而且与其同相。在这种情况下,对于进行所需工作所要求的有功功 率而言,从电网电源吸收的电流最小,而且还减小了与配电发电以及相关过程中的基本 设备有关的损耗和成本。由于没有谐波,也减小了与使用相同电源供电的其他器件之间 的干扰。当今众多电源采用PFC的另一个原因,是为了符合规范要求 现在,欧洲的电气设备必须符合欧洲规范EN61000.3.2。这一要求适用于大多数 输入功率为75W或以上的电器,而且它规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最 大幅度。虽然美国还没有提出此类要求,但是希望在全球销售产品的电源制造商正在设 计符合这一要求的产品。 (2)功率因数的定义 根据电工学的基本理论,功率因数(PF)可简单地定义为有功功率(P)与视在 功率(S)的比值,用公式表示为 PF P cOSo1I1 COSoP1 aCOS(P1 (1-1) R 式中,I1为输入电流基波有效值;IR为电网电流有效值,IR √+12+…十K,其中l1、l2、…KN为各次谐波有效值;U1为输入电压基波有效 值;y为输入电流畸变因数,y=I1/IR;cosq1为基波电压与基波电流之间的相移因数 在式(1-1)中,有功功率是一个周期内电流和电压瞬时值乘积的平均值,而视在功 率是电流的RMS值与电压的RMS值的乘积。如果电流和电压是正弦波而且同相,则 功率因数是1.0。如果两者是正弦波但是不同相,则功率因数是相位角的余弦。在电工 基础课程中,功率因数往往就是如此定义,但是它仅适用于特定情况,即电流和电压都 是纯正弦波。这种情况发生在负载由电阻、电容和电感元件组成,而且均为线性(不随 电流和电压变化)的条件下 所以功率因数可以定义为输入电流失真系数(y)与相移因数(cosg)的乘积。可 见,功率因数由输入电流畸变因数y和基波电压、基波电流和位移因数 COS1决定。 尽管电流波形有严重失真,电流和电压仍可以完全同相。应用“相位角余弦”的定

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    u013481259 好资源我来了
    2019-08-18
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    weixin_44829833 卧槽,难得的良心资源啊!顶起来
    2019-04-11
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    xxx-xxxx 好资源,不错。
    2019-03-12
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    JKM99

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