基于UC3855A软开关功率因数校正电路设计

湖南理工学院课程设计(论文)-I-序号：10电气控制系统课程设计(论文)题目：基于UC3855A软开关功率因数校正电路设计指导老师：荣军院系：信息与通信工程学院专业：自动化班级：07自动化学生姓名:黄帅学号:140721012142010年12月10日湖南理工学院课程设计(论文)-II-目录目录...........................................................................................................................II1引言..............................................................................................................................12软开关介绍..................................................................................................................22.1软开关的基本概念...........................................................................................22.2软开关的分类...................................................................................................32.2.1准谐振变换器............................................................................................32.2.2零开关PWM电路...................................................................................32.2.3零转换PWM电路...................................................................................33UC3855A简介...............................................................................................................43.1UC3855A引脚及特点........................................................................................43.2UC3855A引脚功能概述....................................................................................54电路总体设计及仿真..................................................................................................64.1电路设计...........................................................................................................64.2系统分析...........................................................................................................74.2.1硬开关仿真及分析.....................................................................................74.2.1软开关仿真及分析.....................................................................................84.3小结...................................................................................................................85结论..............................................................................................................................9参考文献..........................................................................................................................10致谢..........................................................................................................................11湖南理工学院课程设计(论文)11引言PWM（脉宽调制）功率变换技术省去了庞大笨重的工频变压器,减小了装置的体积重量,提高了电源的功率密度与整机效率。然而,在硬开关状态下工作的变换器,随着开关频率的上升,一方面开关管的开关损耗会成比例地上升,使电路效率降低,处理功率的能力减小另一方面,会产生严重的电磁干扰。由于功率开关管并不是理想开关,开通和关断都需要一定时间,在这段时间里,在开关管两端电压或电流减小的同时,通过的电流或电压上升,形成电压和电流波形的交叠,从而产生了开关损耗。本文介绍一种采用UC3855A软开关技术的功率因数校正电路系统,使开关损耗以及噪声大幅减小。同时利用MatLab工具软件对其进行系统仿真，进一步的分析了该系统的优越性[1]。、湖南理工学院课程设计(论文)22软开关介绍2.1软开关的基本概念如图一所示为硬开关工作过程，其中硬开关的电压（或电流）未完全停止之前，由于机械应力的强制使得对应的电流（或电压）开始导通，这就使得开关工作时产生的功率0iuP，从而使得相应的开关产生开关损耗和噪声[2]。开关损耗随着开关的频率提高而增加，使得电路的效率下降，阻碍了开关频率的提高；同时造成电磁干扰的加剧。tuitPi0u0硬开关开通过程（a）tuitPu0i0硬开关关断过程（b）图一硬开关工作过程软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一,它应用谐振的原理,使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时,使器件关断(或电压为零时,使器件开通),从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题,而且还能解决由硬开关引起的EMI等问题[3]。对硬开关电路增加很小的电感Ｌ和电容等谐振元件，构成辅助换流网络即可使电路工作在图二所示的软开关工作条件下。图中所示的工作条件下，开关开通前电压先降为零或关断前电流先降为零，这样就可以消除开关过程中电流和电压的重叠,使得0iuP，降低开关的损耗以致达到“零”损耗，同时消除开关噪声。tuitPi0u0软开关开通过程（a）tuitPu0i0软开关关断过程（b）图二软开关工作过程湖南理工学院课程设计(论文)32.2软开关的分类软开关技术问世以来，经历了不断发展和完善，前后出现了许多软开关技术的开关电路，根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准振谐电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路[4]。2.2.1准谐振变换器其特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与。由于正向和反向LC回路值不一样，即振荡频率不同，电流幅值不同，所以振荡不对称。一般正向正弦半波大过负向正弦半波，所以常称为准谐振。无论是串联LC或并联LC都会产生准谐振。利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电流按正弦规律变化，从而创造了零电压或零电流的条件，以这种技术为主导的变换器称为准谐振变换器。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变换器和零电压开关准谐振变换器。其基本电路如图三所示。LrLVDSLrLSCrLrLSCr2（a）零电压开关准谐振（b）零电流开关准谐振（c）零电压开关多谐振图三准谐振电路基本开关单元CrCr12.2.2零开关PWM电路这类电路引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生在开关过程前后。零开关PWM电路分为零电压开关PWM电路和零电流开关PWM电路[5]。电路的电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。其基本电路如图四所示。LVDSLrLSCr（a）零电压PWM（b）零电流PWM图四零开关PWM电路基本开关单元S1LrS1Cr2.2.3零转换PWM电路湖南理工学院课程设计(论文)4这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是谐振电路是与主开关并联的，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。并且电路中无功功率的交换被消减到最小。这使得电路效率有了进一步的提高。零转换PWM电路可以分为：零电压转换PWM电路和零电流转换PWM电路。其基本电路如图五所示。LVDS（a）零电压转换PWM图五零转换PWM电路基本开关单元LrS1CrVD1LVDS（b）零电流转换PWMLrS1CrVD13UC3855A简介3.1UC3855A引脚及特点UC公司新推出的UC3855A/B包含了大功率高频PFC升压变换器的所有控制功能。UC3855A/B采用了平均电流型控制技术,不需要斜率补偿就可获得稳定的、低失真交流市电电流。同时,UC3855还采用有源缓冲与零电压转换(ZeroVoltageTransi2tion)技术[6],大大降低了二极管恢复时间和MOSFET开关导通损耗,具有EMI低、效率高等特点。采用UC3855A/B后,只需增加一个小功率MOSFET、一只二极管和一只电感器,就可实现谐振软开关功能,使升压变换器的开关频率达到500kHz。采用一个简单的电流取样电阻或电流取样互感器可实现平均电流取样[7]。当采用电流取样互感器时,在开关导通时间内,内部电流与电路缓冲电感中的电流同步;开关关断时,产生电感器电流。在大功率PFC电路中,UC3855具有较高的信噪比,基本上可忽略电流取样损耗。UC3855引脚图如图六所示。VCC1235678910420191816151413121117ZVToutZvsCtVAoutVsenseSSImoIACCA-CAOGNDGTVrefOVPVrmeCSoutIonCIRvsUC3855A图六UC3855A引脚图湖南理工学院课程设计(论文)53.2UC3855A引脚功能概述UC3855A/B采用20脚DIL和SOIC封装,如图4所示。各管脚功能如下:CA-:电流放大器的反相输入端。该脚和CAOUT脚之间应接入电阻电容补偿网路。该脚输入电压范围是-0.3～5V。CAO:宽带电流放大器的输出端,也是PWM比较器的一个输入端。PWM比较器根据该端信号调整市电输入电流,使之稳定。电流放大器输出电压范围是0.1～7.5V。CI:电流取样信号加到该脚和GND间的电容上。当升压变换器导通时,缓冲电流取样互感