王碩

（東北電力大學媒體技術(shù)與傳播系，吉林 吉林 132012）

開關(guān)電源是利用電力電子技術(shù)，控制功率管開通和關(guān)斷的時間，使輸出電壓穩(wěn)定的一種電源，開關(guān)電源一般是脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET控制電路的開關(guān)導(dǎo)通構(gòu)成。開關(guān)電源目前發(fā)展的方向是高頻率化，高頻率使開關(guān)電源變得越來越小。開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源資源及環(huán)境保護方面都有重要的意義。

1 系統(tǒng)理論分析

設(shè)計的目的是在輸入交流電壓Us=18V、輸出直流電流Io=2A條件下，使輸出直流電壓Uo=36V±0.1V，即實現(xiàn)升壓功能，所以采用Boost升壓電路。主控制器采用UC3854，實現(xiàn)較高功率因數(shù)輸出。此平均電流控制的單相Boost功率因數(shù)校正電路，完全能夠達到整流、高輸入功率因數(shù)、升壓，穩(wěn)壓、低紋波的目的。

1.1 功率因數(shù)調(diào)整方法

本系統(tǒng)使用UC3854功率因數(shù)調(diào)整器，UC3854內(nèi)部有電壓放大器、電流放大器及乘法器，以進行功率矯正，使功率因數(shù)達到0.99。

1.2 穩(wěn)壓控制方法

本系統(tǒng)采用平均電流控制的單相Boost功率因數(shù)校正電路，在UC3854外圍電路構(gòu)成雙閉環(huán)，電壓環(huán)電流環(huán)，實時控制電路，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計

當工頻電網(wǎng)輸入220V電壓，經(jīng)過隔離變壓器，然后通過整流濾波生成本設(shè)計所需要的電壓，再經(jīng)過Boost升壓電路將輸入電壓泵升到本設(shè)計輸出電壓，最后通過輸出濾波，達到輸出穩(wěn)定的直流電壓。其中MCU主控電路主要由單片機電路組成，包括復(fù)位電路，1602液晶顯示電路，再輔佐以UC3854功率因數(shù)校正電路，構(gòu)成了完整電路。

2.2 EMI濾波器

從頻率的角度看，EMI濾波器屬于低通濾波器。它可以毫無衰減地把直流電和工頻電傳送到開關(guān)電源，不僅可以衰減從電網(wǎng)帶來的外部的電磁干擾，也可以避免開關(guān)電源設(shè)備向外部發(fā)出干擾信號，避免影響其他電子設(shè)備的工作。

2.3 Boost變換器

2.3.1 升壓電感設(shè)計

電感在電路中起著傳遞能量、儲存能量和濾波的作用，并決定了輸入端的高頻紋波電流的總量，因此需要按照限制電流脈動最小的原則來確定電感值。在考慮最差的情況下：輸入的電壓最低，輸出功率最大，此時，輸入的電流最大，紋波也最大，為了保證此時輸入電流紋波仍滿足需求，電感器的設(shè)計應(yīng)該在輸入電壓的最小值時進行。

2.3.2 電容值的計算

選擇輸出電容時要考慮到的因素有：二次諧波紋波電流、直流輸出電壓、開關(guān)頻率紋波電流、維持時間、輸出電壓紋波、流過輸出電容器的總電流是開關(guān)頻率紋波電流的有效值和線路電流的二次諧波。因此，要選擇長壽命、低漏阻、能忍耐較大紋波電流，而且工作范圍寬的鋁電解電容，并且耐壓的選擇應(yīng)留有一定的余量，以避免工作時負荷較大。滿足需求，電感器的設(shè)計應(yīng)該在輸入電壓的最小值時進行。

對電流傳感進行檢測通常有兩種方法：其一，選擇兩個不同的電流互感器來對所輸入電流進行檢測。其二，在變換器接地線返回端串聯(lián)一個取樣電阻來對輸入電流進行檢測。取樣電阻對于所需功率較小、輸入電流較少的場合較為適用。雖然取樣電阻和電流互感器同樣適用于輸入電流的檢測，但就使用成本而言，使用取樣電阻來檢測輸入電流要比電流互感器花費相對低些，故本設(shè)計中采用了取樣電阻。取樣電阻Rs上的壓降Vs作為輸入電流的取樣，通過電流環(huán)的調(diào)節(jié)使輸入電流成正弦波。取樣電阻Rs上的典型電壓值為Vs=1.0V。

2.4 功率因數(shù)檢測電路

使用功率因數(shù)對電路進行測量，通過電壓互感器、電流互感器同比例縮小可為處理的交流電壓弱信號，通過LM393構(gòu)成過零比較器，LM393的輸入端加了兩個IN4108穩(wěn)壓二極管，將輸入信號控制在-0.7V～0.7V，經(jīng)過零比較器將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波。進入AT89C51單片機，經(jīng)由LCD顯示。

2.5 電流環(huán)設(shè)計

此次設(shè)計的PFC電路是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的電路。其內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，使輸入電流成正弦波。其外環(huán)是電壓環(huán)，使輸出電壓高于輸入電壓的峰值且保持穩(wěn)定。

電流環(huán)通過調(diào)節(jié)MOSFET的占空比，使輸入電流隨著輸入電壓成正弦波變化。由于輸入的電壓是經(jīng)過全波整流，因此其中有豐富的諧波，因此電流控制環(huán)必須有足夠的帶寬，是輸入電流跟蹤全波直流電壓基準。

2.6 電壓環(huán)設(shè)計

電壓控制環(huán)由電壓誤差放大器和升壓級組成。

3 結(jié)語

本文對多媒體設(shè)備電源設(shè)計完成了Boost功率因數(shù)矯正電路最初設(shè)計，能夠達到整流、高功率因數(shù)、升壓、穩(wěn)壓。對數(shù)控方面及軟開關(guān)方面未涉及，如果能加上這兩方面的內(nèi)容，多媒體設(shè)備開關(guān)電源一定會變得更加安全、便捷。

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