中心議題：

• 高功率因數電源設計方案
• 係統整體方案設計
• 係統硬件電路設計
• 係統軟件設計

1 引言

suizhedianzidianlijishudefazhan
，yaoqiudianziyuanqijiandegongdiandianyuanyuelaiyuekeke。yibanyuanqijiangongdiandoushizhijiecongshidianzhonghuode，danyouyudianwangdeshuruzukangchengrongxing
，erdaliangzhengliudianluzaochengdianwangwangceshurudianyayushurudianliujiancunzaijiaodaxiangweicha，shurudianliuchengmaichongzhuang，xiebofenlianghengao，yanzhongganraodianlixitong。julejiexianjieduanyibandianwangwangcegonglvyinshuyuewei0．65，因此，高效率利用能源
，提高電源功率因數已刻不容緩。

現階段功率因數校正PFC（Power Factor Correction）分為主動式與被動式兩種。被動式PFC結jie構gou簡jian單dan，主zhu要yao是shi利li用yong電dian感gan線xian圈quan內nei部bu電dian流liu不bu能neng突tu變bian的de原yuan理li調tiao節jie電dian路lu中zhong的de電dian壓ya與yu電dian流liu相xiang位wei差cha，從cong而er改gai變bian功gong率lv因yin數shu，但dan其qi結jie構gou笨ben重zhong

，易yi產chan生sheng低di頻pin噪zao聲sheng且qie最zui大da功gong率lv因yin數shu隻zhi能neng在zai70％。主動式PFC一般為有源功率因數調整，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高等優點，功率因數可接近100％。

2 高功率因數電源設計方案

2．1 功率因數監測

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、電流信號先經比較器整形，然後通過計算得到電壓電流的相位差，再進行餘弦運算，即可得到係統的功率因數。負載端輸出電壓、電流經采樣得到係統視在功率。根據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。該方法易於操作，而且通過等精度法測相，可達到很高精度
，從而能很好滿足係統要求。

2．2 功率因數校正

該係統采用有源功率因數校正
，可改善電源輸入功率因數，減小輸入電流諧波。其主要實現方式有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，用於提高功率因數和實現DC／DC級輸入的預穩，該技術一般用於較大功率輸出場合
；（2）單級PFC技術

，即將PFC級與DC／DC級中的元件共用
，實現統一控製，通常共用器件為MOSFET。該方式設計與優化尤為重要，適用於小功率應用。

有源功率因數校正的控製方式又可根據電感電流是否連續分為平均電流型控製、CCM／DCM邊界控製和電流箝位控製模式。其中CCM／DCM邊界控製 Boost PFC是(shi)一(yi)種(zhong)滯(zhi)後(hou)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)
，其(qi)上(shang)限(xian)為(wei)正(zheng)弦(xian)基(ji)準(zhun)電(dian)流(liu)，由(you)輸(shu)出(chu)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)經(jing)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)後(hou)與(yu)輸(shu)入(ru)全(quan)波(bo)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)相(xiang)乘(cheng)得(de)到(dao)
，下(xia)限(xian)為(wei)零(ling)。具(ju)體(ti)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)為(wei)：檢測電感電流並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。即CCM／DCM邊bian界jie
，可ke消xiao除chu二er極ji管guan的de反fan向xiang恢hui複fu損sun耗hao，大da大da減jian小xiao主zhu開kai關guan的de非fei零ling電dian壓ya導dao通tong損sun耗hao。該gai技ji術shu優you點dian是shi控kong製zhi簡jian單dan，使shi用yong專zhuan用yong器qi件jian的de外wai圍wei元yuan件jian數shu量liang少shao。運yun用yongBoost電路的PFC，在 CCM模式下輸入電流畸變小且易於濾波
，開關管的電流應力也小，可以處理較大的功率並保持較高的效率。

這裏選用CCM模式PFC控製器UCC28019實(shi)現(xian)最(zui)終(zhong)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)。該(gai)器(qi)件(jian)采(cai)用(yong)軟(ruan)啟(qi)動(dong)機(ji)製(zhi)，動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)良(liang)好(hao)
，結(jie)合(he)外(wai)圍(wei)電(dian)路(lu)可(ke)實(shi)現(xian)輸(shu)入(ru)欠(qian)壓(ya)保(bao)護(hu)，開(kai)環(huan)保(bao)護(hu)
，輸(shu)出(chu)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)，軟(ruan)過(guo)流(liu)控(kong)製(zhi)（SOC）和峰值電流限製等功能。係統輸出電壓由該器件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
，通過調節分壓電阻的比率實現輸出電壓的數字可調。

3 係統整體方案設計

該係統采用MSP430F449為控製和運算核心
，通過等精度測相法測量出係統的功率因數。功率因數校正則以UCC28019為核心，利用硬件電路形成閉環反饋電路，實時監測輸出電壓

、電流。單片機提供過流保護來控製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實時顯示各操作數據
，人機界麵友好。圖1為係統整體框圖。

                             
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4 係統硬件電路設計

4．1 功率因數測量電路

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，然後經雙路比較器LM393整形後利用等精度法測量相位差
，得到係統功率因數。 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 功率因數校正電路

功率因數校正電路以UCC28019為核心

，通過一係列外圍元件取值使功率因數校正到98％以上。圖3為采用UCC28019設計的功率因數校正電路。

                              
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製繼電器模塊使其斷開，係統斷電；當故障排除後測得電流值小於預定值時單片機再次發指令使繼電器閉合，電路重新正常工作。

5 係統軟件設計

係統軟件控製功率因數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於2．5 A時，控製繼電器關斷和電路複位，LCD實時顯示電源當前參數，通過鍵值的設定實現輸出電壓的步進可調。係統軟件設計流程如圖4所示。

                                                  
6 結束語

通過測量最終功率因數可得，該係統以UCC28019為PFC核心可使功率因數高達98％，具有過流保護與自我恢複功能，且硬件電路實現簡單
，具有一定實用性。