高功率因数AC/DC稳压电源的设计与实现

摘要

电源输入端整流滤波电路的脉冲状输入电流含有大量谐波，其一方面会对电网造成谐波污染，另一方面可能会损坏用电设备。有源功率因数校正(APFC)技术是减少谐波畸变、提高功率因数的有效方法。本文主要研究并设计一台具有高功率因数的两级结构AC/DC稳压电源，其前级采用UC3854控制的Boost变换电路进行功率因数校正，后级采用STM32控制的双管正激变换电路进行降压并稳压。
　　论文针对目前的两级PFC电源体积大的问题，提出了一种用前级电路PWM驱动信号下降沿控制后级电路开关导通的前后级开关同步方法，使前级PFC电路的能量尽可能直接传输到后级DC/DC电路中，不经过前级的输出滤波电容，以此减小电容的容量和体积。以STM32控制芯片为核心，检测前级UC3854芯片输出的PWM驱动信号下降沿，控制正激变换器开关管导通，同时采样后级电路输出电压，结合PID算法计算所需占空比以控制开关管断开，从而实现前后级开关管的同步控制。为了验证控制策略的正确性，采用Matlab/simulink对系统进行仿真，结果表明，控制策略是合理可行的，电路的功率因数、输入端电流谐波畸变、前级输出电压纹波等参数得到了有效改善。
　　在理论分析的基础上，计算各元器件参数，制作电感、变压器等磁性器件，设计各部分硬件电路并编写软件程序，最终搭建了Boost和双管正激DC/DC：变换器的两级PFC电路，通过电路调试，完成了两级PFC电源的设计。对电源系统开关波形和输出电压波形进行测试，由测试结果可得电源功率因数在0.98以上，其他各项指标基本满足设计要求。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 功率因数校正技术研究现状

1.3 带有功率因数校正的AC/DC开关电源

1.4 论文研究的主要内容及目标

2 系统方案设计及电路原理

2.1 系统组成框图

2.2 能量传递方式

2.3 本章小结

3 PFC级电路设计

3.1 Boost PFC前级主电路设计

3.2 PFC级控制电路设计

3.3 本章小结

4 DC/DC级电路设计

4.1 DC/DC级主电路设计

4.2 基于STM32的控制电路设计

4.3 软件设计

4.4 PID控制算法分析与设计

4.5 本章小结

5 仿真及硬件测试

5.1 PFC模块仿真

5.2 系统仿真

5.3 硬件测试结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录