摘要： 基于有效提高电力资源利用率、减小谐波污染、提高电网输电效率和电质量的目的，设计了一款基于低功耗单片机MSP430 的高功率因数电源。本系统以单片机MSP430 为控制和运算核心，测量出系统的功率因数。采用非隔离式Boost 电路作为主回路，采用PFC 功率因数校正专用控制芯片UCC28019 进行闭环反馈控制，将功率因数补偿到0.999 以上，本系统具有一定的实用性。

　　在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分转换为有功功率，从而提高电能输送的效率。提高功率因数必须从相位校正技术和谐波消除技术两个方面考虑，无功分量基本上为高次谐波，谐波电流在输电线路阻抗上的压降会使电网电压发生畸变，影响供电系统的供电质量，谐波会增加电网电路的损耗。解决用电设备谐波污染的主要途径有两种：

　　一是增设电网补偿设备（有源滤波器和无源滤波器）以补偿电力电子设备、装置产生的谐波；二是改进电力电子装置本身，使之不产生或产生很小的谐波，如采用功率因数校正技术。两者相比较前者是消极的方法，即在装置产生谐波后，进行集中补偿；后者是积极的方法，也是谐波抑制的重要方法。减小谐波污染、提高功率因数，对于提高电网电质量和用电效率、缓解我国的能源短缺问题等都具有重要的现实意义。本系统基于MSP430 的高功率因数电源对功率因数校正进行了一定的研究，MSP430 是低功耗单片机，将低功耗单片机与功率因数校正相结合具有深层次的研发意义。

　　1 系统总体方案设计及实现方框图

　　MSP430 作为控制和运算核心，它具有处理能力强，运行速度快、资源丰富、开发方便等优点。MSP430 系列单片机是16 位超低功耗的混合信号处理器，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。

　　

　　图1 系统实现方框图

　　2 主要功能电路设计

　　2.1 隔离变压器部分

　　本系统中要做好隔离变压器本身接地的回路，变压器会产生漏磁及电磁干扰，如果没有配置好接地线路，即使做再多的隔离效果也是有限的。把隔离变压器用在交流电源输入端时，若电网3 次谐波和干扰信号比较严重，可以去掉3 次谐波和减少干扰信号， 采用隔离变压器可以产生新的中性线，避免由于电网中性线不良造成设备运行不正常，非线性负载引起的电流波形畸变可被隔离而不污染电网。

　　2.2 功率因数校正控制电路及数字设定电路的设计

　　本系统选用CCM 模式PFC 控制器UCC28019 实现最终的功率因数校正，CCM 的输入电流畸变很小，动态响应快，不会有很高的峰值电流。该芯片通过双闭环控制：电流内环和电压外环。电流内环的作用是控制网侧输入电流的波形和相位；电压外环的作用是控制输入电流的幅度，以使输出直流电压在各种扰动下保持期望值。该控制系统具有许多系统级的保护功能，主要包括峰值电流限制、软过流保护、开环检测、输入掉电保护、输出欠压过压保护、软启动等功能。由芯片UCC28019 工作原理知其输出PWM 波形占空比是根据电压环路的反馈电压输入到Vsense 脚与芯片内部+5 V 基准电压进行比较， 经差分放大后改变PWM 斜率。系统稳定时Vsense 脚的电压为5 V.电阻R7、R8分压，通过控制D/A 的输出来控制UCC28019 的Vsense 脚电压， 进而控制最终的输出，即数字设定输出。D/A 转换器采用16 位数模转换器MAX541。

　　1）电感电流检测电阻的选取

　　在电感电流超过最大值电流25%时，ISENSE 脚电压达到软过流保护阀值的最小值，RSENSE将触发软过流保护。RSENSE应满足如下条件：

　　

　　其中VSOC（min）=0.66 V。I L_PEAK（max）为最大峰值电流。

　　此外，为保护芯片免受冲击电流的冲击，在ISENSE 脚处串联一个阻值为的220 Ω 电阻（如图2 中的R1）。