有源功率因數(shù)校正主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜述.doc

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1、有源功率因數(shù)校正主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜述Abstract:TheoperationprincipleofAPFCisanalyzedatfirst,thenseveralkindsofmaincircuittopologyofAPFCareputforward,andtheiroperationprinciplesareanalyzedandcomparedrespectively.Atlast,theirmainadvantagesanddisadvantagesarepointedout.Keyword:APF

2、CBoostcircuitConverter1引言近20年來(lái)電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,已廣泛應(yīng)用到電力、冶金、化工、煤炭、通訊、家電等領(lǐng)域。電力電子裝置多數(shù)通過(guò)整流器與電力網(wǎng)接口,經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個(gè)非線性電路,在電網(wǎng)屮產(chǎn)生大量電流諧波和無(wú)功污染了電網(wǎng),成為電力公害。電力電子裝置已成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一。20卅:紀(jì)90年代以來(lái),世界上許多國(guó)家和國(guó)際組織都對(duì)電力電子產(chǎn)品的功率因數(shù)及諧波成分作了限制。為了使電力電子產(chǎn)品的功率因數(shù)及諧波成分滿足上述的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn),可在整流橋和濾波電容Z間加

3、一級(jí)用于功率因數(shù)校正的功率變換電路,使輸入電流為正弦波,從而提高功率因數(shù),這就是有源功率因數(shù)校正技術(shù)。有源功率因數(shù)校正(ActivePowerFactorCorrection,簡(jiǎn)稱(chēng)APFC)技術(shù)由于變換器工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài),而具有體積小、重量輕、效率較高、輸人電壓范囤寬、THD小和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn),因此在現(xiàn)代電力電子技術(shù)屮得到了廣泛的應(yīng)用。2有源功率因數(shù)校正的基本原理APFC又稱(chēng)為有源開(kāi)關(guān)型補(bǔ)償法,現(xiàn)今得到推廣的APFC是DC/DC變換型電流整形方法,由于其主體為高頻DC/DC變換器,所以也稱(chēng)為高頻APFCo

4、高頻APFC的基本思想是:將輸入交流電爪進(jìn)行全波整流,然后對(duì)全波直流電床進(jìn)行DC/DC變換,通過(guò)適當(dāng)控制,使輸入電流平均值動(dòng)跟蹤全波直流電床的基準(zhǔn),且保持輸出電床穩(wěn)定,從而實(shí)現(xiàn)恒圧輸出和單位功率因數(shù)。母*DC/DC交娥?Tzhd兼法#8is羞&大賤電流圖1有源功率因數(shù)校正原理框圖圖1為這種電路的原理框圖,其屮,整流器為單相橋式不可控整流器,主電路采用DC/DC變換電路,控制電路內(nèi)部包含有一個(gè)電床誤差放大器、一個(gè)電流誤差放大器、一?個(gè)模擬乘法器和一個(gè)固定頻率的PWM控制器??梢钥闯觯{(diào)節(jié)器采用了電壓、電流雙閉環(huán)

5、控制方式,電流反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號(hào)是升壓變換器的電感電流,電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號(hào)是調(diào)節(jié)器的輸岀電壓?,F(xiàn)對(duì)這種電路的工作原理加以分析:?jiǎn)蜗?20V、50HZ交流電經(jīng)過(guò)橋式整流后得到100HZ的單相雙半波正弦電圧信號(hào),此電床波形作為PFC控制器的輸入電流的參考波形,輸入到乘法器,為了保證輸出電壓恒定,將輸出電壓通過(guò)電壓反饋網(wǎng)絡(luò)也引入乘法器,經(jīng)過(guò)乘法器運(yùn)算后,作為電流波形的參考值,并與實(shí)際取樣的電流進(jìn)行比較后,通過(guò)PWM控制器產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),控制升壓變換器的輸出電流和電壓。由于采用了閉環(huán)控制,將升床變換器的實(shí)際電

6、流通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)引入電流誤差放大器,保證了升壓變換器的電流能夠準(zhǔn)確跟蹤經(jīng)過(guò)乘法器運(yùn)算所規(guī)定的電流值。假定PFC的整個(gè)控制環(huán)節(jié)都是理想的,則輸入電流波形就能夠完全跟蹤電壓波形的變化,這樣從電源輸入端來(lái)看,電路的負(fù)載為純粹的線性電阻,電路的功率因數(shù)等于1,實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正的功能。有源功率因數(shù)校正按主電路的形式來(lái)分,可分為單相硬開(kāi)關(guān)校正電路、單相軟開(kāi)關(guān)校正電路和三相校正電路。下而,對(duì)各自的工作原理加以分析,并指出其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。3單相破開(kāi)關(guān)有源校正主電路的分析非隔離型單相硬開(kāi)關(guān)有源功率因數(shù)校正電路主要有升壓型(Bo

7、ost)、降壓型(Buck)、升降壓型(Buck-Boost)等,下面,對(duì)這幾種電路的工作原理分別加以分析。3.1Boost-PFC主電路圖2為升壓型PFC主電路的原理圖,這種電路的工作過(guò)程如下:圖2Boost型PFC主電路原理圖卅開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí),電流IL流過(guò)電感線圈L,在電感線圈未飽和前,電流線性增加,電能以磁能的形式儲(chǔ)存在電感線圈屮,此時(shí),電容C放電為負(fù)載提供能量;半開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷吋,由于線圈屮的磁能將改變線圈L兩端的電床極性,以保持其電流IL不變。這樣,線圈L轉(zhuǎn)化成的電壓VL與電源VIN串聯(lián),以高于輸出電

8、壓向電容和負(fù)載供電。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是輸入電流完全連續(xù),并且在整個(gè)輸入電壓的正弦周期都可以調(diào)制,因此可獲得很高的功率因數(shù);電感電流即為輸入屯流,容易調(diào)節(jié);開(kāi)關(guān)管門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出共地,驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單;輸入電流連續(xù),開(kāi)關(guān)管的電流峰值較小,對(duì)輸入電壓變化適應(yīng)性強(qiáng),適用于網(wǎng)壓變化特別大的場(chǎng)合。其主要缺點(diǎn)為輸出電壓必須大于輸入電床的最大值,所以輸出電壓比較高;不能利用開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。3.1Buck-PFC

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