有源功率因数校正及有源滤波技术的研究

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1、有源功率因数校正及有源滤波技术的研究内容摘要：随曹自动化技术的发展和城市化进程的加快，照明用电占人类总发电量的比重也越来越人，对-电子禎流器的要求也要来越髙，即功率因数高低的要求更加明缺，功率因数高低己成为综合衡量整流设备的一个重要指标。随着人功率开关期间的广泛应用，电能质最的问题口益严重，电力系统谐波抑制及无功补偿问题变得LI益迫切，电力冇源滤波技术是解决上述问题的冇效手段。关键词：功率因数，有源功率因数校正，有源滤波器，无源滤波器1•有源功率因数校正1.1功率因数定义在线性电路中，功率因数可以直接用正弦电压和正弦电流

2、之间的相位差(1)來计算和表示，定义为：PF=cos如來整流桥后而没有并联蓄能电容，而直接是接上一个纯阻性的负载，那么很显然，电压和电流Z间的相位差为零，功率因数为1。因此功率因数校正技术的本质，是要使用电设备的输入端对输入电网呈现“纯阻性”，也就是要使输入电流和输入电压Z间成正比，且相位差为零。另一方面，从能量传输的角度来讲，功率因数校止技术就是耍使用电设备的输入端只能从输入电网汲取能量。而不要将能量重新反馈回输入电网中去。1.2功率因数主电路的选择从原理上讲，任何一种DC/DC变换器拓扑，如降压式(Buck)、升压式

3、(Boost).反激式(Flyback)、升一降压式(Boost—buck)变化器等,都可以作为PFC的主电路。这儿种PFC电路的特点如下：降压式PFC：电路只能实现降压功能，输入电流不连续，因此仙子了变换器的转换功率，另一方面输入电流纹波较人，滤波困难。在变换器工作时，开关管上的应力比较大，因此很少用于功率因数校正电路。反激式PFC：输入输出Z间隔离，输出电压可以任意选择，属于简单电压型控制器，适应于100W以下或更小功率的电源。升降压式PFC：需用两个电子开关，电路比较复杂，因此釆用的比较少。升圧式PFC：整个电路工

4、作在一个稳定的状态，电源的输入电流始终和电感电流相等，由于输入电流可以处于连续状态，因此输入电流的纹波比綾小，降低了滤波电路的设计要求。电路只能实现升压变换，输岀电压高于输入电压峰值，电流允许的输入电压范围扩大，通常可打到90〜270W,对市电交流电压为100V的国家和地区特別合适。由于升压斩波电路的稳定作用，整流输出的电压是稳定的，有利于后级丁作稳定，提高控制精度和效率，升压式PFC控制简单，适应于75〜2000W的功率电源，应用授为普遍。1.3功率因数校正技术的两个主要方法功率因数校正技术的主要方法有两种，一个是无源

5、功率因数校正技术(PPFC),这种方法简单，即在整流管的前端或后端结电感、电容滤波器来增加输入电流的导通角以提高功率因数，但输入谐波电流的抑制效果不是很好，在体积、重量、价格等方面也进一步限制了它的应用范围。另一个是有源功率因数校正(APFC),特别是高频有源功率因数校正技术，他的主要优点是：能实现PF为0.99的功率因数值，也就是让电网输入端的电流波形逼近正弦波;输入电流与输入的电网电压保持同相位;可在鮫宽的输入电压范围(如90-220V)和宽频带下工作；体积小、重量轻；输岀电压恒定，可简化下-•级变换器的设计等。因此

6、，侑源功率因数校正(APFC)是抑制谐波电流，提高功率因数的最有效方法。1.4APFC电路的工作原理APFC电路是在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变化器，应用电压电流反馈技术，使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形，从而使输入电流的波形也接近正弦波，达到提高功率因数的目的。由于在此电路屮使用了有源器件，所以称为有源功率因数校正电路。其即可本思想是：交流输入电压经全波整流后，对所得的全波整流电压进行DC/DC变换，通过适当控制使输入电流波形自动跟随全波整流后的电压波形，使输入电流正弦化，同时保持输出电压稳定，APFC

7、电路一般都有两个反馈控制环：内环为电流环，使DC/DC变换器的输入电流与全波整流电压波形相同；外环为电压环,使DC/DC变换器输出稳定的直流电压。1.5有源功率因数校正控制技术APFC的儿种常用控制方法一般根据电感电流是否连续分为连续导电模式(CCM)、不连续导电模式(DCM)o1.5.1DCM控制模式DCM控制模式又成为电压跟随方式，主要冇恒频、变频方式等。它是APFC控制中简单而实用的一种控制方式，应用范围鮫广1.5.2CCM控制模式CCM控制模式相对于DCM控制模式而言，有以下优点：①输入输出电流波纹小;②器件导通

8、损耗小；③适用于屮大功率场合。CCM控制模式下的电流控制是冃前应用授多的控制方式。它是将输入电压信号与输出电压误差信号相乘后作为电流控制器的电流给定信号，电流控制器控制输入电流按给定信号变化。CCM控制模式根据反馈哪个电流，山此产仝三种常用控制方法：峰值电流控制、平均电流控制和Z环电流控制。2有源滤波技术2.1无源和