UC3854 Boost型APFC电路设计.doc

基于UC3854的Boost APFC电路设计与仿真030720134 张文彬一、设计要求1、最大输出功率为 Pom=250W2、输入交流典范范围UN=（80270）V3、电网频率范围为：f=（4765）Hz4、输出直流电压：Uo=400V5、控制电路载波频率fc=100kHz6、网测输入电流峰值INm=4.42|UN=80V7、网侧功率因数=0.99二、设计过程：1、电感选择：假设输入功率等于输出功率，则最大的线电流峰值：一般取最大峰值电流的20%为电感电流纹波，所以输入最小电压的峰值为Vinp=113V计算得到最大占空比：D最终取D=0.718电感最终L=1mH2、选择输出电容：CoCo的典型值为每瓦特1uF到2uF之间，如果考虑维持时间t，则使用如下公式：取Pout=250W，t=34ms，V1=350V，则得到Co=453uF，最终取Co=450uF3、电流检测电阻，在本次设计中采用电阻检测电流，设计起来简单方便，但是在大功率的情况下，使用电阻检测法带来的损耗大，可以考虑使用比流器法。使用电阻检测法的典型压降值为1V，即Vrs=1 V 。先找出电流峰值：Ipk（max） 计算得到Ipk（max）=4.86A，实际计算参数时，取Ipk(max)=5ARs=Vrs/Ipk(max)=0.2 。实际设计电路中，选取Rs=0.25故Vrs（pk）=1.25V4、设定独立的电流峰值限制，这里的Rpk1和Rpk2为分压电路的电阻。选择一个过载电流的峰值：Ipk(ovld)；Rpk1的典型值为10K。计算得到：Vrs(ovld)=1.4V根据：得到Rpk2=1.8K5、乘法电路的设定乘法电路的操作可由下述方程得知，Imo是乘法电路的输出电流，Km为1，Iac是乘法电路的输入电流，Vff是前馈电压，而Vvea是电压误差放大器的输出。（1）前馈电压的分压电路：将输入电压Vin的均方根值转为整流输入电压的平均电压值。在Vin(min)时，Vff的电压值必须为1.414V，而在另一分压节点Vffc必须为7.5V。而Vin的平均值可由下述的方程求的，其中Vin(min)是交流输入电压的端的均方根值：于是得到取Rff1=910K，Rff2=91K，Rff3=20K（2）电阻Rvac的选择。找出最大输入线电压峰值Vpk(max)=2Vinmax Vin(max)=270V,计算得到Vpk(max)=382V乘法电路最大输入电流的在分压后为600uA因此：Rvac=Vpk（max）600u，计算得到Rvac=636K,在实际电路中，选取Rvac=620K（3）电阻Rb1的选择：Rb1=0.25Rvac=155K，实际电路中选用Rb1=150K。（4）电阻Rest 的选择。电流Imo不能比流经Rest上的电流大出2倍，要先找出在Vin（min）是的乘法电路的输入电流Iac，然后计算得到Rest。Iac(min)=Vin（pk）RvacRest=3.752Iac最终算得Rest=10.5K，实际电路中选用电阻Rest=10K。（5）电阻Rmo的选择。在输入电压为最低值时，电阻Rmo两端的电压必须与电阻Rs在达到电流峰值限制时两端的电压相同Rmo=Vrs（pk）1.122Iac=3.94K，最终选取Rmo=3.9K 。6、振荡频率：Ct=1.25Restfs最终求得Ct=1.25nF7、电流误差放大器的补偿。（1）在开关切换频段的放大器增益：计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的跨压，然后再除以开关频率，即：Vrs=VoRsLfs ,计算得到Vrs=1V这个电压必须等译Vs的峰值电压的大小值，而电压Vs是电容上的电压5.2V，因此电压误差放大器的增益可表示为：Gca=VsVrs ，计算得到Gca=5.2（2）回馈电阻Rcz，设计中将Rci=Rmo=3.9KRcz=GcaRci，计算得到Rcz=20K（3）电流回路的交越频率fci=VoRsRczVs2LRci根据计算得到fci=15.7kHz（4）电容Ccz的选择。选择相位边界为45，将零点设定在回路交越频率上Ccz=12fciRcz计算得到Ccz=507pF，实际电路中选取Ccz=620pF（5）电容Ccp的选择。其极点的位置必须高于fs/2。因此 Ccp=12fsRcz计算得到Ccp=79.6pF，实际电路中选取62pF。8、谐波失真预估计：输入电压所造成的谐波电压频率为三次谐波；对输出电压纹波而言，每1%的误差放大器输出的二次谐波将会造成0.5%的输入电流三次谐波，对前馈电压Vff来说，输入电压Vff的二次谐波每增加1%，输出电流的三次谐波便会增加1%。在本次设计中输入电流纹波的三次谐波必须低于3%。将其中的1.5%分配给Vff输入，0.75%分配给输出纹波电压，其余的0.75%则分配给非线性因素。9、电压误差放大器补偿设计（1）输出纹波电压。输出纹波电压可由下式确定，fr为二次谐波的纹波频率。Vo（pk）=Pin2CoVo 计算得到Vo(pk)=1.83V（2）放大器输出纹波电压与增益Vo(pk)为电压误差放大器输出电压所决定的纹波电压最大值。因此下面一关系式决定电压误差放大器在二次谐波频段的增益。Gva=Vvao%RippleVo（pk）对于3854而言，Vvao=5-1=4V，误差分配得到的%Ripple=1.5%因此得到的Gva=0.033（3）回馈网路数值。找出设定电压误差放大器增益数值，其中Rvi数值的选择较有弹性本设计中选取Rvi=511K Cvf=12frRviGva 计算得到Cvf=0.079uF，实际电路中选用Cvf=0.047uF 。（4）设定直流输出电压Rvd=RviVrefVo-Vref=9.76K 实际选用Rvd=10K电阻。（5）求得极点频率。fvi2=PinVaoVoRviCoCvf计算得到fvi=19.06Hz（6）求RvfRvf=12fviCvf 计算得到Rvf=177K ，实际电路中选用174K的电阻。10、前馈电压分压电容器。这些电容器决定Vff对交流输入电流三次谐波失真的贡献量。先决定需要衰减的量，整流线电压的二次谐波含量为66.2%。%THD是误差预估计时分配得到的1.5%。由此可知谐波失真比例为：Gff=%THD/66.2%计算得到Gff=0.0277使用两个相等的串接极点并求出极点频率fp。fp=Gfffr计算得到fp=18Hz。选择电容Cff1和电容Cff2Cff1=12fpRff2Cff2=12fpRff3计算得到Cff1=0.097uF，实际选用0.1uFCff2=0.44uF，实际选用0.47uF 综上，所有关键外围电路参数计算设计完毕。三、实验仿真原理图：四、仿真波形：1、在开环状态下电感电流波形与整流桥输出电压波形：如下图所示：电感电流与电压相位不同步，并且正弦度差，谐波含量低，功率因素低：显然，由图形可知，电感电流不连续，且是一个电流脉冲。2、在UC3854的控制下，电感电流的波形如下图所示：它与整流桥输出电压的相位关系如下图：很容易得到结论，虽然电感电流任有较明显纹波，但是其总体的正弦度得到明显改善，而且与电压的相位差为0，即同相位工作。此时输出电压的波形：在大学50ms时，输出电压基本稳定在400V，因此也有较快