在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分轉(zhuǎn)換為有功功率，從而提高電能輸送的效率。提高功率因數(shù)必須從相位校正技術(shù)和諧波消除技術(shù)兩個(gè)方面考慮，無功分量基本上為高次諧波，諧波電流在輸電線路阻抗上的壓降會(huì)使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，影響供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，諧波會(huì)新增電網(wǎng)電路的損耗。解決用電設(shè)備諧波污染的重要途徑有兩種：

一是增設(shè)電網(wǎng)補(bǔ)償設(shè)備（有源濾波器和無源濾波器）以補(bǔ)償電力電子設(shè)備、裝置出現(xiàn)的諧波；二是改進(jìn)電力電子裝置本身，使之不出現(xiàn)或出現(xiàn)很小的諧波，如采用功率因數(shù)校正技術(shù)。兩者相比較前者是消極的方法，即在裝置出現(xiàn)諧波后，進(jìn)行集中補(bǔ)償；后者是積極的方法，也是諧波抑制的重要方法。減小諧波污染、提高功率因數(shù)，關(guān)于提高電網(wǎng)電質(zhì)量和用電效率、緩解我國的能源短缺問題等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本系統(tǒng)基于MSp430的高功率因數(shù)電源對(duì)功率因數(shù)校正進(jìn)行了一定的研究，MSp430是低功耗單片機(jī)，將低功耗單片機(jī)與功率因數(shù)校正相結(jié)合具有深層次的研發(fā)意義。

1系統(tǒng)總體方法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方框圖

系統(tǒng)重要包括整流、功率因數(shù)校正、Boost升壓等幾個(gè)部分。電源變壓器將較高的市電電壓降低到符合整流電路所要的交流電壓，經(jīng)整流電路后得到直流電。將得到的直流電送入Boost升壓電路進(jìn)行升壓，Boost電路的輸出電壓極性與輸入電壓極性相同，但總高于輸入電壓，輸入電流持續(xù)、輸出電壓與負(fù)載電流無關(guān)，輸出阻抗非常低，通過控制開關(guān)管通斷的占空比來控制輸出電壓。pFC控制部分采用有源pFC（也稱主動(dòng)式pFC）功率因數(shù)校正可以實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)和低輸入電流諧波含量，并且開關(guān)管的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力都比較小。電壓適應(yīng)范圍寬，功率因數(shù)高。本系統(tǒng)采用兩級(jí)pFC技術(shù)，即在整流濾波和DC/DC功率級(jí)之間加入有源pFC電路為前置級(jí)，用于調(diào)高功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)DC/DC級(jí)輸入的預(yù)穩(wěn)，該技術(shù)一般用于大功率輸出場合。

MSp430作為控制和運(yùn)算核心，它具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)。MSp430系列單片機(jī)是16位超低功耗的混合信號(hào)處理器，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以供應(yīng)單片解決方法。

MSp430系列單片機(jī)的電源電壓采用1.8~3.6V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1A,活動(dòng)模式耗電250A/MIpS（MIpS:每秒百萬條指令數(shù)），I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA,遠(yuǎn)低于其他系列單片機(jī)（一般為1~10A），MSp430系列單片機(jī)堪稱目前世界上功耗最低的單片機(jī)，其應(yīng)用系統(tǒng)可以做到用一枚電池使用10年。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方框圖

2重要功能電路設(shè)計(jì)

2.1隔離變壓器部分

本系統(tǒng)中要做好隔離變壓器本身接地的回路，變壓器會(huì)出現(xiàn)漏磁及電磁干擾，假如沒有配置好接地線路，即使做再多的隔離效果也是有限的。把隔離變壓器用在交流電源輸入端時(shí)，若電網(wǎng)3次諧波和干擾信號(hào)比較嚴(yán)重，可以去掉3次諧波和減少干擾信號(hào)，采用隔離變壓器可以出現(xiàn)新的中性線，防止由于電網(wǎng)中性線不良造成設(shè)備運(yùn)行不正常，非線性負(fù)載引起的電流波形畸變可被隔離而不污染電網(wǎng)。

2.2功率因數(shù)校正控制電路及數(shù)字設(shè)定電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用CCM模式pFC控制器UCC28019實(shí)現(xiàn)最終的功率因數(shù)校正，CCM的輸入電流畸變很小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，不會(huì)有很高的峰值電流。該芯片通過雙閉環(huán)控制：電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)。電流內(nèi)環(huán)的用途是控制網(wǎng)側(cè)輸入電流的波形和相位；電壓外環(huán)的用途是控制輸入電流的幅度，以使輸出直流電壓在各種擾動(dòng)下保持期望值。該控制系統(tǒng)具有許多系統(tǒng)級(jí)的保護(hù)功能，重要包括峰值電流限制、軟過流保護(hù)、開環(huán)檢測、輸入掉電保護(hù)、輸出欠壓過壓保護(hù)、軟啟動(dòng)等功能。由芯片UCC28019工作原理知其輸出pWM波形占空比是根據(jù)電壓環(huán)路的反饋電壓輸入到Vsense腳與芯片內(nèi)部+5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，經(jīng)差分放大后改變pWM斜率。系統(tǒng)穩(wěn)按時(shí)Vsense腳的電壓為5V.電阻R7、R8分壓，通過控制D/A的輸出來控制UCC28019的Vsense腳電壓，進(jìn)而控制最終的輸出，即數(shù)字設(shè)定輸出。D/A轉(zhuǎn)換器采用16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541。

1）電感電流檢測電阻的選取

在電感電流超過最大值電流25%時(shí)，ISENSE腳電壓達(dá)到軟過流保護(hù)閥值的最小值，RSENSE將觸發(fā)軟過流保護(hù)。RSENSE應(yīng)滿足如下條件：

其中VSOC（min）=0.66V。IL_pEAK（max）為最大峰值電流。

此外，為保護(hù)芯片免受沖擊電流的沖擊，在ISENSE腳處串聯(lián)一個(gè)阻值為的220Ω電阻（如圖2中的R1）。

2）輸入濾波電容的選取

在允許有20%的電感電流紋波IRIppLE和6%的高頻電壓紋波UIN_pIppLE的情況下，輸入濾波電容的最大值Cin由輸入電流紋波IRIppLE和輸入電壓紋波UIN_RIppLE（max）決定。輸入濾波電容的值可通過以下公式計(jì)算：

、

其中fsw=65K，IRIppLE=0.2，IRIppLE=IRIppLEIIN_pEAK（max），VIN_RIppLE=0.06,VIN_RECTIFED（max）=√2VIN（max），VIN_RIppLE（max）=VIN_RIppLEVIN_RECTIFED（max）

3）升壓電感的選取。

升壓電感的最小值根據(jù)最壞的情況（占空比D為0.5）計(jì)算得出：

系統(tǒng)主回路如圖2所示。

圖2主回路