UC3854Boost型APFC电路设计

1、UC3854 Boost型APFC电路设计基于UC3854的Boost APFC电路设计与仿真030720XX4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=V3、电网频率范围为：f=Hz 4、 输出直流电压：Uo=400V5、控制电路载波频率 fc=100kHz 6、 网测输入电流峰值 INm=|U=80VN7、网侧功率因数二、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：lpk2PinVinmin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=电感最终L

2、=1mHLVinpDfsIIIpkVoVinpVo2、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，则使用如下公式：取 Pout=250W。Co2Poutt(Vo)2V12，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IV，即Vrs=1 V。先找出电流峰值：IpkIpkmaxlpkl2 计算得到Ipk=，实际计算参数时，取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(m

3、ax)=。实际设计电路中，选取Rs=故 Vrs=4、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。VrsovIdlpkovIdRs计算得到：Vrs(ovld)= 根据：得到Rpk2= 5、乘法电路的设定乘法电路的操作可下述方程得知，Imo是乘法电路的输出电流，Km为1， lac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。lmoKmlacVvea1(Vff)2Rpk2VrsovldRpk1Vref 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

4、值。在 Vin(min)时，Vff的电压值必须为，而在 另一分压节点Vffc必须为。而Vin的平均值可下述的方程 求的，其中Vin(min)是交流输入电压的端的均方根值：VffVinavVinmin72VinavRff3Rff1Rff2Rff3VinavRff3Rff1Rff2Rff3VffcVinavRff2Rff3Rff1Rff2Rff3于是得到取 Rff1=910K , Rff2=91K , Rff3=20K 电阻 Rvac 的 选择。找出最大输入线电压峰值Vpk(max)=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：计

5、算得到Rvac=636K,在实际电路中，选取 Rvac=620K 实际电路中选用 Rb1=150&电阻Rb1的选择：Rb1=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是的乘法电路的输入电流 Iac，然后计算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最终算得Rest=，实际电路中选用电阻Rest=1OK。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=6、振荡频率：Ct最终选取Rmo=。最终求得Ct= 7、电流误差放大器的补偿。在开关切换频段的放大器增益：计算电感电流下降时在

6、检测电阻两端所造成的跨压，然后再除以开关频率，即：,计算得到这个电压必须等译 Vs的峰值电压的大小值，而电压Vs是电容上的电压，因此电压误差放大器的增益可表示为：Gca=，计算得到Gca=回馈电阻Rcz，设计中将 Rci=Rmo=Rcz电流回路的交越频率fci=根据计算得到fci=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=计算得到Rcz=20K计算得到Ccz=507pF，实际电路中选取 Ccz=620pF电容Ccp的选择。其极点的位置必须高于fs/2。因此Ccp计算得到Ccp=，实际电路中选取 62pFo 8、谐波失真 预估计：输入电压所造成的谐波电

7、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%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%将其中的分配给Vff输入，分配给输出纹波电压，其余的 则分 配给非线性因素。9、电压误差放大器补偿设计输出纹波电压。输出纹波电压可下式确定，fr为二次谐 波的纹波频率。Vo= 计算得到Vo(pk)=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对于3854而

8、言，Vvao=5-1=4V，误差分配得到 的Ripple=%因此得到的 Gva=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计算得到Cvf=，实际电路中选用Cvf=。设定直流输出电压Rvd求得极点频率。fvi2= 计算得到fvi= 求Rvf Rvf计算得到Rvf=177K，实际电路中选用 174K的电阻。=实际选用Rvd=10K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 % %THD是误差预估计时分配得 到的% 此可知谐波失真比例为：

9、Gff=%THD/%计算得到Gff=基于UC3854的Boost APFC电路设计与仿真030720XX4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=V3、电网频率范围为：f=Hz 4、 输出直流电压：Uo=400V5、控制电路载波频率 fc=100kHz 6、 网测输入电流峰值 INm=|U=80VN7、网侧功率因数二、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：lpk2PinVinmin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=电感最终L=1mH

10、LVinpDfsHlpkVoVinpVo2 、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，则使用如下公式：取 Pout=250W。Co2Poutt(Vo)2V12，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IV，即Vrs=1 V。先找出电流峰值：IpkIpkmaxlpkl2 计算得到lpk=，实际计算参数时，取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(max)=

11、 。实际设计电路中，选取 Rs=故 Vrs=4、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。VrsovIdlpkovIdRs计算得到：Vrs(ovld)= 根据：得到Rpk2= 5、乘法电路的设定乘法电路的操作可下述方程得知，Imo是乘法电路的输出电流，Km为1， lac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。lmoKmlacVvea1(Vff)2Rpk2VrsovldRpk1Vref 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

12、均电压值。在 Vin(min)时，Vff的电压值必须为，而在 另一分压节点Vffc必须为。而Vin的平均值可下述的方程 求的，其中Vin(min)是交流输入电压的端的均方根值：VffVinavVinmin72VinavRff3Rff1Rff2Rff3VinavRff3Rff1Rff2Rff3VffcVinavRff2Rff3Rff1Rff2Rff3于是得到取 Rff1=910K，Rff2=91K，Rff3=20K 电阻 Rvac 的 选择。找出最大输入线电压峰值Vpk(max)=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：计算

13、得到Rvac=636K,在实际电路中，选取 Rvac=620K 实际电路中选用 Rb1=150&电阻Rb1的选择：Rb1=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是的乘法电路的输入电流 Iac，然后计算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最终算得Rest=，实际电路中选用电阻Rest=1OK。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=6、振荡频率：Ct最终选取Rmo=。最终求得Ct= 7、电流误差放大器的补偿。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

14、电阻两端所造成的跨压，然后再除以开关频率，即：,计算得到这个电压必须等译 Vs的峰值电压的大小值，而电压Vs是电容上的电压，因此电压误差放大器的增益可表示为：Gca=，计算得到Gca=回馈电阻Rcz，设计中将 Rci=Rmo=Rcz电流回路的交越频率fci=根据计算得到fci=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=计算得到Rcz=20K计算得到Ccz=507pF，实际电路中选取 Ccz=620pF电容Ccp的选择。其极点的位置必须高于fs/2。因此Ccp计算得到Ccp=,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

15、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%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%将其中的分配给Vff输入，分配给输出纹波电压，其余的则分配给非线性因素。9、电压误差放大器补偿设计输出纹波电压。输出纹波电压可下式确定，fr为二次谐 波的纹波频率。Vo=计算得到Vo(pk)=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对于3854而言，Vvao=5-1=4V，误差分配得到 的Ripple=%因此得到的 Gva=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