高功率因數電源設計

方案論證
1．1 DC／DC主回路拓撲方案
方案1：Buck型拓撲結構變換器
該方案可在隔離變壓器輸出端進行三倍壓整流，再將直流電壓通過Buck型拓撲結構進行降壓變換實現。但采用Buck型變換器輸入端電壓偏高，驅動電路和控制電路的電源方案較麻煩，并且可靠性不高。
方案2：Cuk型拓撲結構變換器
它的輸出電壓極性與輸入電壓相反，但其值可以高于、等于或低于輸入電壓的值。其輸入和輸出電流都是連續的，經兩個電感的補償耦合，將輸入和輸出的波紋電流和電壓抑制到零，但內部諧振使傳遞作用斷續或在某些頻率上削弱輸入波紋抑制。在耦合電感線圈和變壓器隔離的結構中，由于“開關導通”初期的沖擊耦合電流會引起輸出電壓反向，并且也存在穩定性問題。
方案3：Boost型拓撲結構變換器
Boost電路的輸出電壓極性與輸入電壓相同，但總是高于輸入電壓。輸入電流是連續的，只需要較小的輸入濾波。輸出電壓與負載電流無關，并且輸出電阻非常低，硬件上容易實現，且控制簡單，技術成熟。通過以上綜合分析比較，Boost型拓撲結構變換器是DC／DC變換器的理想選擇。
1．2 系統控制方案
方案1：幅度控制方式，即通過改變開關電源輸入電壓的幅值而控制輸出電壓大小的控制方式。這種方式效率很低，當低壓輸出時，將造成大部分能量消耗在調整管或電阻上。
方案2：脈沖寬度控制，指功率管的開關工作頻率(即開關周期)固定，是一種直接通過改變導通時間(即占空比)來控制輸出電壓大小的方式，它采用升壓型(Boost)或降壓型(Buck)拓撲結構來實現輸出電壓的改變。這種控制又稱PWM控制。
由于PWM控制方式采用了固定的開關頻率，因此，設計濾波電路時簡單方便。綜合比較，采用方案二作為控制方法。

2 硬件設計與主要參數計算
2．1 系統總體電路框架
根據題目的設計要求，系統由AC／DC變換電路、DC／DC變換電路、功率因數檢測電路、PFC控制電路、數字設定及測量顯示電路、保護電路等6大部分組成。其系統電路總體框架如圖1所示

2．2 DC／DC變換模塊
DC／DC采用Boost變換電路，其電路結構如圖2所示。