一种新型有源功率因数校正电路与控制方法的设计研究与仿真

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1、第一章概述路)和隔离型(能量转换是用一个相互耦合磁性元件变压器来实现的，而且从电源到负载的耦合是借助于磁通而不是公用的电流)。开关变换器分为非隔离型开关变换器和隔离型开关变换器，常用的有逆变型变换器、正激型变换器和推挽型变换器三种。(1)逆变型变换器——推挽型、半桥型。图1-2和图1-3分别表示推挽型和半桥型变换器。加在变压器一次绕组上的是幅度为输入电压Ui、宽度为开关导通时间Ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管VDI,VD2全波整流后变为直流。朋—’⋯{’VDIJf}C=划lIN2VD2Iu

2、图1-2推挽型变换器图l-3半桥型变换器(2)正激型变换器如图l_4所示，它是采用变压器耦合的降压型变换器电路。开关断开时，变压器释放能量，能量通过二极管VD3和绕组N3反馈到输入侧。开关～断开，绕组Nl中存储的能量转移到N3中。为了防止变压器饱和，在开关断开期间内变压器必须全部消磁。(3)隔离型Clll【变换器如图l-5所示，开关断开时，电感L1的电流n给电容CII充电，同时C12也充电(二极管VD导通)。开关S导通时，二极管VD变为截止状态，C12通过L2向负载放电。3ULIl刀LlVDl

3、．

4、C一f—I1】L--VD2U0【_一l图I-4正激型变换器C11C12L2图1．5隔离型Cuk变换器(4)全桥型变换器如图1-6所示，Sl，s3及S2，,54是两对开关，重复交互通断。但两对开关导通有时间差，所以变压器一次侧加的电压为脉冲宽度等于其时间差的方波电压。交压器二次侧的二极管将此电压整流变为方波，再经滤波器变为平滑直流电供给负载。图l石全桥型变换器1．3功率因数校正(PFC)问题的提出功率因数定义是P尸有功功率／视在功率，是指被有效利用功率的百分比。没有被利用的4第一章概述无效功率则在电

5、同与电源之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源，抑制谐波分量即可选到减小THD(总谐波畸变)、提高功率因数的目的。直接接入电网使用的开关电源应用己经非常普遍，一般来说，其前置级A∞c变换部分都采用二极管桥式整流加大容量电容滤波电路．如图14所示。工频或中频交流电经整流桥转换为非稳的直流电，这种通用的整流方式仅当输入正弦电压的幅值高于电解电容c两端电压与整流嚣正向压障之和时，才从电眄取电流，故同侧输入电流的导通时阿相当短，一般不超过4眦．系统的辅入阻抗很小，等于电解电容的等效串联电阻及整流桥

6、的正向动态电阻。故阿倒输入电流的瞬时值相当高(约为输^电流有效值的2-3倍)，波形如图1-8所示，呈现严重非正弦性特征，在电容充电期间形成脉冲电流，其电流峰值高，谐波电流及波形失真太，造成了功率园数低，一般仅为O5-4)76。而且开关电源由于受浪涌电流和电流的瞬时峰值的冲击．系统可靠性受到了很大的影响，在设计中必须选用技术指标高的元器件，堆基本的如增加功率管的容量．增大保险丝、断路器及传输线的规格等，这些都提高了开关电源整机的成本【j【Dc——一⋯w】L图1．7开关电源前置级图l{网侧输入电压和电

7、流被形同时，电压和电流的谐波会对通信系统产生干扰，还可引起仪器仪表和保护装置的误测量、误动作。此外由于电流的THD，还对电力系统产生了污染。用市电供电时，引起电阿的电压波形失真．三相电压不平衡，中线电流加大，对电网造成严重的谐波污染和干扰．增加了损耗，浪费了能源：甩柴油发电机供电时．对电站系统产生很大的冲击．对发电机带来很大的危害。随着用电设备日益增多。谐波污染问题引起了越来越广泛的关注，使用有效的校正技术把谐东南大学硕士学位论文波污染控制在较小的范围已是当务之急。1．4国内外PFC技术的研究现状

8、传统的功率因数概念是在线性负载(如电阻、电感等)条件下得到的，这时，交流电路中的电压和电流为同频率的正弦波，相位差为巧，功率因数PF--coso，最早由于使用大量交流电动机和各种电磁开关以及照明用电大量使用目光灯等感性负载，对于功率因数校正(Powerfactorcorrection简写为PFC)技术的研究，人们通常在感性负载两端并联移相电容，用容性无功功率补偿感性无功功率。进入上世纪八十年代以来，电力电子设备中开关电源、相控整流器等非线性负载大量投入使用，给PFC技术提出了新的问题，人们最初采用

9、电感器和电容器构成的无源网络进行功率因数校正，能使PF值提高到约为0．9。随着功率半导体器件的发展，开关电源技术突飞猛进，有源功率因数校正(ActivePowerFactorCorrection简写为APFC)技术应运而生。1986年美国公布《功率因数等于l的电源》的专利，这是最早的较完整的升压式PFC电路。八十年代是现代有源功率因数校正技术发展的初级阶段，此间的研究工作主要是基于boost变换器，工作方式围绕连续导电模式或不连续导电模式的理论研究。进入九十年代后，PFC技术取得了