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选定主控芯片UCC28019和元器件选型,进行原理图设计。总体设计有前级滤波整流电路,目的是减少输入电压的共模以及差模干扰,经过整流桥GBU808,变为馒头正弦波;后级为BOOST升压PFC主电路,主电路由输入滤波电容C1、输出滤波电容C4、功电感L1、整流管D2以及功率开关管Q1组成,这些元件组成了经典的BOOST升压电路拓扑;剩下部分为UCC28019 PFC控制电路。控制芯片部分主要有输入电压检测设计、输出电压反馈设计、电流采样电路设计以及补偿电路设计。
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I
目 录
1 方案选型 .......................................................................................................................................... - 1 -
1.1 课程任务 ................................................................................................................................ - 1 -
1.2 方案对比与选型 .................................................................................................................... - 1 -
2 仿真设计 .......................................................................................................................................... - 3 -
2.1 电路设计 ................................................................................................................................ - 3 -
2.1.1 原理图设计 ............................................................................................................... - 3 -
2.1.2 PCB 设计 ................................................................................................................... - 4 -
2.2 元器件选型 ............................................................................................................................ - 5 -
2.2.1 保险管 ....................................................................................................................... - 5 -
2.2.2 NTC 热敏电阻 .......................................................................................................... - 6 -
2.2.3 压敏电阻 ................................................................................................................... - 7 -
2.2.4 EMI 滤波电路 ........................................................................................................... - 7 -
2.2.5 整流桥和输入滤波电容 ........................................................................................... - 8 -
2.2.6 升压电感和整流管 ................................................................................................... - 9 -
2.2.7 功率开关管 ............................................................................................................. - 10 -
2.2.8 输出电容和采样电阻 ............................................................................................. - 11 -
2.2.9 PFC 控制芯片 ......................................................................................................... - 12 -
2.3 成本分析 .............................................................................................................................. - 12 -
2.4 损耗计算 .............................................................................................................................. - 13 -
2.4.1 二极管损耗计算 ....................................................................................................... - 13 -
2.4.2 MOSFET 损耗计算 ...................................................................................................... - 14 -
2.4.3 其他损耗计算 ........................................................................................................... - 15 -
2.5 仿真验证 .............................................................................................................................. - 16 -
3 实物测试 ........................................................................................................................................ - 20 -
3.1 静态测试 .............................................................................................................................. - 20 -
3.1.1 稳态电压精度 ........................................................................................................... - 21 -
3.1.2 纹波电压 ................................................................................................................... - 21 -
3.1.3 效率 ........................................................................................................................... - 22 -
3.1.4 线性调整率 ............................................................................................................... - 22 -
3.1.5 输入电流 THD .......................................................................................................... - 22 -
3.1.6 功率因数 PF .............................................................................................................. - 26 -
3.2 动态测试 ............................................................................................................................... - 29 -
3.2.1 启动 ........................................................................................................................... - 29 -
3.2.2 负荷投切 ................................................................................................................... - 31 -
4 课程总结 ........................................................................................................................................ - 32 -
4.1 课程小结 .............................................................................................................................. - 32 -
4.2 课程心得 .............................................................................................................................. - 32 -
4.3 课程建议 .............................................................................................................................. - 33 -
参考文献 ............................................................................................................................................ - 34 -

1 方案选型
1.1 课程任务
基于面包板,设计并制作完成一个功率因数校正器,满足以下指标:
1、 额定参数:输入交流 220VAC,输出直流 380VDC,0.9A,350W;
2、 输入电压范围:85~265VAC;
3、 输出电压纹波:<10%;
4、 稳态电压精度:<5%;
5、 线性调整率:<5%;
6、 负载调整率:<5%;
7、 效率:≥80%;
8、 输入电流 THD:<10%;
9、 功率因数:>0.95;
10、 输出过压、欠压保护:420V、360V。
课程选择发挥部分:完成 PCB 电路板设计制作、实现软开关等。
除以上基本技术性指标之外,设计制作过程中还应该考虑:安全可靠性(安规措
施、电磁兼容等)、经济性(成本)、轻便性(体积、重量等)、显示性(指示灯、
液晶等)、美观性(布线、焊接等)等。
1.2 方案对比与选型
(a) 传统 Boost PFC (b) 图腾柱 PFC
u
dc
R
i
g
u
g
C
L
D
S
D
1
D
2
D
3
D
4
u
dc
R
i
g
u
g
C
L
S
1
S
2
D
2
D
1

(c)采用滤波电感的无源功率因数校正拓扑
图 1-1 设计的开关电源电路
如图 1-1(c)所示,采用滤波电感的无源 PFC 电路结构简单,平均无故障时间
长,无需设计控制环路(或选用控制芯片),工作量小,成本较低,而且能很大程度
抑制 3 次以上的几次谐波。但其带非额定负载能力差,电感易饱和,在应用中容易发
热,也会产生频率比较低的噪声,器件占用面积大,器件本身也较重,缺点过于明显。
另外,由于经济原因和对环境的关注,电力转换系统效率变得越来越重要。80 Plus
中定义的效率级别需要达到 96%才能获得钛金等级认证。要实现如此之高的效率,使
用传统拓扑的电源公司将面临巨大的设计挑战。如图 1-1(b)所示的图腾柱 PFC 结
构,与传统的 PFC 相比,电力传导路径只包含一个二极管,大大降低了二极管损耗,
此外,碳化硅 (SiC) 二极管被 MOSFET 所取代,以实现同步整流。电力传导损耗也
因此降低。但由于图腾柱 PFC 拓扑中有一个固有问题:输入电流在 AC 零交叉上有
一个巨大尖峰。这些尖峰破坏了电流波形,并且使总谐波失真 (THD) 无法达到技术
规格的要求,故我们也不得不舍弃使用图腾柱 PFC 拓扑。
图 1-1(a)中的传统 BOOST PFC,技术较为成熟,相关指导资料较为完善,考虑
到课程设计关于输出电压(380VDC)和功率(350W)的要求,我们最终选择使用传
统 BOOST 拓扑并选用 UCC28019 作为控制芯片。

2 仿真设计
2.1 电路设计
2.1.1 原理图设计
选定主控芯片 UCC28019 和元器件选型,进行原理图设计。总体设计有前级滤波
整流电路,目的是减少输入电压的共模以及差模干扰,经过整流桥 GBU808,变为馒
头正弦波;后级为 BOOST 升压 PFC 主电路,主电路由输入滤波电容 C1、输出滤波
电容 C4、功电感 L1、整流管 D2 以及功率开关管 Q1 组成,这些元件组成了经典的
BOOST 升压电路拓扑;剩下部分为 UCC28019 PFC 控制电路。控制芯片部分主要有
输入电压检测设计、输出电压反馈设计、电流采样电路设计以及补偿电路设计。下面
着重讲解一下输入电压采样和输出电压采样电路的设计如何实现。
图 2-1 基于 UCC28019 的升压 PFC 原理图
输入电压采样:输入电压采样即为 Vins 脚电压输入。Vins 引脚工作原理为电压
高于 1.6V,控制芯片启动过压保护,自动关断门极输出。当输出电压检测 Vsense 满
足电压要求,电路启动工作;Vins 低于 0.8V,控制芯片启动低压保护,自动关断门极
输出。考虑到采样电路损失功率小以及采样电阻的精确度,采样电阻应该使用 MΩ 级
别电阻但不超过 10MΩ。本设计设定采样电阻电流为
15
vins
IA
=
,启动电压为
()
75
ac on
VV=
,计算回路电阻为:
( ) _ _ (max)
1
2
2 75 0.95 1.6
6.9
15
ac on f brige enable th
vins
vins
V V VINS
V V V
RM
IA
−−
− −
= = =
(2.1)
实际中选取 R
vins1
=6.5MΩ。

_ (max) 1
2
( ) _ (max) _
1.6 6.5
100
2 2 75 1.6 0.95
enable th vins
vins
ac on enable th f brige
VINS R
VM
RK
V VINS V V V V
= = =
− − − −
(2.2)
考虑电阻耐压和阻值的精确度,采用 R1、R2、R3、R7 串联得到 6.5MΩ。
输出电压采样:同样考虑到低功耗,所以 R
fb1
=1MΩ,考虑到每个电阻最大压降,
实际中采用 R4、R5、R9 串联组成。输出固定电压原理为稳定输出时,Vsense 引脚采
样电压与片内 5V 基准源动态相等,所以可以根据输出采样分压比得到想要输出电压,
当输出电压为 380V 时,计算反馈电阻 R
fb2
:
1
2
51
13.33
380 5
ref fb
fb
out ref
VR
VM
RK
V V V V
= = =
−−
(2.3)
当 Vsense 超过 5.25V 或者低于 4.75V 时,芯片会启动保护,可以计算输出过压
保护电压:
()
1 13.33
5.25 ( ) 399.1
13.33
out ovp
Mk
VV
k
+
= =
(2.4)
输出欠压保护电压:
()
1 13.33
4.75 ( ) 361.1
13.33
out uvd
Mk
VV
k
+
= =
(2.5)
2.1.2 PCB 设计
在原理图设计好以后,接着就是 PCB 设计,本设计的 PCB 正面和背面如下如图
所示。一块好的 PCB 布线能够将外界干扰降到最小,电路损耗尽可能减小,电路尽
量美观,电路结构层次一目了然。为达到这些目标,本次设计采用以下几个方面措施:
(a)正面 (b)反面
图 2-2 PCB 布局
(1)交流输入、BOOST 主电路和控制电路单独分开。如图 2.2(a)图所示,交流
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