1 引言

　　隨著電子電力技術的發(fā)展，要求電子元器件的供電電源越來越苛刻。一般元器件供電都是直接從市電中獲得，但由于電網(wǎng)的輸入阻抗呈容性，而大量整流電路造成電網(wǎng)網(wǎng)側輸入電壓與輸入電流間存在較大相位差，輸入電流呈脈沖狀，諧波分量很高，嚴重干擾電力系統(tǒng)。據(jù)了解現(xiàn)階段一般電網(wǎng)網(wǎng)側功率因數(shù)約為0．65，因此，高效率利用能源，提高電源功率因數(shù)已刻不容緩。

　　現(xiàn)階段功率因數(shù)校正PFC(Power Factor Correction)分為主動式與被動式兩種。被動式PFC結構簡單，主要是利用電感線圈內部電流不能突變的原理調節(jié)電路中的電壓與電流相位差，從而改變功率因數(shù)，但其結構笨重，易產(chǎn)生低頻噪聲且功率因數(shù)只能在70％。主動式PFC一般為有源功率因數(shù)調整，可簡單歸納為升壓型開關電源電路，具有體積小，輸入電壓寬以及功率因數(shù)高等優(yōu)點，功率因數(shù)可接近100％。

　　2 高功率因數(shù)電源設計方案

　　2．1 功率因數(shù)監(jiān)測

　　該設計采用相位差測量法，即分別對變壓器副邊檢測的電壓、電流信號先經(jīng)比較器整形，然后通過計算得到電壓電流的相位差，再進行余弦運算，即可得到系統(tǒng)的功率因數(shù)。負載端輸出電壓、電流經(jīng)采樣得到系統(tǒng)視在功率。根據(jù)P=S×cosQ=S2-P2(Q表示無功功率)計算電源的有功功率、無功功率等參數(shù)。該方法易于操作，而且通過等法測相，可達到很高，從而能很好滿足系統(tǒng)要求。

　　2．2 功率因數(shù)校正

　　該系統(tǒng)采用有源功率因數(shù)校正，可改善電源輸入功率因數(shù)，減小輸入電流諧波。其主要實現(xiàn)方式有2 種：(1)兩級PFC技術，即在整流濾波和DC／DC功率級之間加入有源PFC電路為前置級，用于提高功率因數(shù)和實現(xiàn)DC／DC級輸入的預穩(wěn)，該技術一般用于較大功率輸出場合；(2)單級PFC技術，即將PFC級與DC／DC級中的元件共用，實現(xiàn)統(tǒng)一控制，通常共用器件為MOSFET。該方式設計與優(yōu)化尤為重要，適用于小功率應用。

　　有源功率因數(shù)校正的控制方式又可根據(jù)電感電流是否連續(xù)分為平均電流型控制、CCM／DCM邊界控制和電流箝位控制模式。其中CCM／DCM邊界控制 Boost PFC是一種滯后控制技術，其上限為正弦基準電流，由輸出檢測信號經(jīng)誤差放大后與輸入全波電壓檢測信號相乘得到，下限為零。具體工作過程為：檢測電感電流并與正弦電流基準信號相比較，當電感電流達到該基準時，關斷開關：當電感電流為零則再次導通，使電感電流為臨界電流工作狀態(tài)。即CCM／DCM邊界，可消除二極管的反向恢復損耗，大大減小主開關的非零電壓導通損耗。該技術優(yōu)點是控制簡單，使用專用器件的外圍元件數(shù)量少。運用Boost電路的PFC，在 CCM模式下輸入電流畸變小且易于濾波，開關管的電流應力也小，可以處理較大的功率并保持較高的效率。

　　這里選用CCM模式PFC控制器UCC28019實現(xiàn)終的功率因數(shù)校正。該器件采用軟啟動機制，動態(tài)響應良好，結合外圍電路可實現(xiàn)輸入欠壓保護，開環(huán)保護，輸出過壓保護，軟過流控制(SOC)和峰值電流限制等功能。系統(tǒng)輸出電壓由該器件VSENSE引腳所接分壓電阻與其內部+5 V的基準決定。由公式

可得，通過調節(jié)分壓電阻的比率實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字可調。

　　3 系統(tǒng)整體方案設計

　　該系統(tǒng)采用MSP430F449為控制和運算，通過等測相法測量出系統(tǒng)的功率因數(shù)。功率因數(shù)校正則以UCC28019為，利用硬件電路形成閉環(huán)反饋電路，實時監(jiān)測輸出電壓、電流。單片機提供過流保護來控制繼電器以及采樣和顯示電壓電流。利用鍵盤選擇各種功能。LCD實時顯示各操作數(shù)據(jù)，人機界面友好。圖1為系統(tǒng)整體框圖。

　　4 系統(tǒng)硬件電路設計

　　4．1 功率因數(shù)測量電路

　　變壓器副邊處通過電流互感器和電壓互感器取樣交流信號，然后經(jīng)雙路比較器LM393整形后利用等法測量相位差，得到系統(tǒng)功率因數(shù)。LM393的整形電路如圖2所示。

　　4．2 輸出電流與電壓采樣電路

　　在電路負載輸出端加一精密大功率電阻，利用I／V轉換即可得到輸出電流。輸出電壓的測量則通過分壓其轉換為MSP430內部A／D轉換器可識別的電壓，再進行采樣。

　　4．3 功率因數(shù)校正電路

　　功率因數(shù)校正電路以UCC28019為，通過一系列外圍元件取值使功率因數(shù)校正到98％以上。圖3為采用UCC28019設計的功率因數(shù)校正電路。

　　4．4 過流保護電路

　　通過單片機實時采樣輸出電流。當電流過大時單片機控制繼電器模塊使其斷開，系統(tǒng)斷電；當故障排除后測得電流值小于預定值時單片機再次發(fā)指令使繼電器閉合，電路重新正常工作。

　　5 系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)軟件控制功率因數(shù)測量部分測相電路的工作，以及實時采樣輸出電壓、電流。當檢測到輸出電流大于2．5 A時，控制繼電器關斷和電路復位，LCD實時顯示電源當前參數(shù)，通過鍵值的設定實現(xiàn)輸出電壓的步進可調。系統(tǒng)軟件設計流程如圖4所示。

　　6 結束語

　　通過測量終功率因數(shù)可得，該系統(tǒng)以UCC28019為PFC可使功率因數(shù)高達98％，具有過流保護與自我恢復功能，且硬件電路實現(xiàn)簡單，具有一定實用性。