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发布者:来自网络 发布时间:2011/8/16 阅读:22005次    关键字: PFC
转贴:功率因数校正浅析


 

一、单级功率校正——峰值电流控制

通过分析升压式有源功率校正APFC电路的基本原理,用UC3854搭建了APFC电路,在APFC控制过程中,基于UC3854的固定频率平均电流型控制APFC电路能有效地抑制输入电流波形畸变,使输入电流完全跟踪输入电压的变化,并且输出电压稳定,因此在实用中得到了广泛应用

二、两级功率校正

由于单级DC-DC校正电路虽容易实现,但是它有控制复杂等不可克服的缺点,故提出了两级功率校正。利用TOPswitch很容易实现两级结构的有源功率因数校正。电路由TOPswitch构成的PFC电路和自激式半桥逆变电路组成。通过对其工作原理进行详细分析,给出了电路参数和设计方法。该有源功率因数校正无需额外的控制电路和辅助电源。因此具有结构简单、成本低、性能好等特点。传统电感式功率因数校正具有效率低、重量大、闪烁严重、噪音大、功率因数低等缺点,使其不能满足人们对供电质量的要求。由于单级PFC功率因数校正器使用的器件少、成本低,因此已成为目前的研究热点。但是,单级结构中,因PFC整流部分和逆变部分通常共用一个开关,使得两者之间有一定的耦合关系,给一些参数计算带来不便,并且在这种结构下,直流母线电压随着电网电压的波动而波动,这会造成负载工作点的变化.严重时可能使负载无法正常工作。在单级自激式功率因数校正器中,直流电压的变化会引起工作频率的变化,使升压电感值的确定较为困难。因此,单级结构的有源功率因数校正通常采用它激式,以保证工作频率的固定,这样会使控制电路复杂、成本增加。而两级自激式功率因数校正器,无需额外的控制集成电路和控制电源,所以具有结构简单、器件少、成本低、功率因数高等优点,并且直流电压稳定,不受电网电压波动的影响,容易设计谐振参数,以保证负载工作在稳定工作点,具有很大的应用价值

三、两级功率校正优化——直接功率转换

由于受各种器件的限制,现在又提出了直接功率转换(DPT)技术的单级PFC,AC—DC 变换器,并进行了深入的分析和综合.应用DPT技术不仅可以有效地降低单级PFC AC—DC变换器的直流母线电压.也较大地提高了效率.使其在小功率的应用中具有更大的前景。

应用功率因数校正(PFC)技术可以降低AC-DC变换器中的电流谐波含量,提高其功率因数,减少对交流电网的谐波污染。比较成熟且广泛应用的是两级方案:PFC级后接DC-DC级。尽管两级方案具有高功率因数、输出电压的快速调节和适合于各种功率应用等良好性能,但对小功率应用来说,它却存在着电路复杂、体积大、成本高等缺点。近年来把PFC级和DC-DC级集成在一起的单级PFC AC—DC变换器得到了很快的发展,其目的是要简化AC-DC变换器复杂的电路来降低成本。单级PFC AC-DC变换器使PFC级和DC-DC级共用一个功率开关管,一套控制电路控制其输出电压,在PFC级和DC-DC级之间用一个储能电容来存储输入和输出瞬时功率不平衡的能量,使其不仅能够整形输入电流,使电流谐波含量满足IEC1000-3-2的国际标准,同时还能对输出电压进行快速调节。由于单级PFC AC-DC 变换器本身结构和其工作的特点,它还存在着以下的问题:

(1)直流母线电压过高

(2)转换效率不高

应用直接功率转换(DFF)技术使此类变换器部分输入功率直接(一次)传递到输出端,而剩余的存储在PFC级电感中的输入功率才被传递到储能电容中,或使储能电容电压被箝位,这样不仅被重复传递的输入功率减少了,变换器的效率提高了,而且降低了储能电容的电压和开关器件的电压应力,即有效解决了单级PFC AC—DC变换器存在的上述问题。对直接功率转换(DFF)技术提出的下列几种拓扑

四、单周控制(OCC)法

近来,不使用桥式电路的功率因数校正(PFC)电路成为人们注意的焦点。设计人员去掉了转换器输入端的常规桥式整流电路,可以减少开关损耗,进一步提高效率。在这样的电路中,不存在由于导通损耗而降低效率的问题,且设计比较简单,需要的元件数量较少。因此现在提出了不使用桥式整流电路的PFC设计——用MOSFET代替二极管,减少了导通的功率管的数目,同时提出了单周控制(OCC)方法。由于去掉了输入整流器的导通损耗以及简化电路的设计,造成的代价是:输入电压和输入电流的感测较为复杂,而且,输出浮动会导致电磁干扰增大。将无桥式整流的电路与OCC控制方法结合起来,就可以用无桥式整流的方法提高效率、简化设计,并且不需要使用复杂的电流和电压感测电路。同时电磁干扰问题也可以用一种改进版本的电路来克服。

五、现代APFC的小信号分析法及PFC器件

为解决电磁干扰及兼容问题,进行小信号分析,提出了基于Boost变换器拓扑PFC电路的建模,这是以Boost变换器为主拓扑结构,平均电流控制模式进行PFC校正,并在准静态分析法的基础上,建立系统的简化小信号模型。在此基础上,以闭环系统的带宽和相位裕量为设计指标,给出了实用的闭环反馈控制器的设计方法

在PFC电路中,电压、电流等变量在两种不同频率上变化:一方面按开关频率高速切换;另一方面又按输入电压频率(工频)缓慢变化。从系统的角度来看这是一个复杂的时变系统,采用准静态分析法来对系统的模型进行分析和设计。提出了电流环功率级简化模型。控制器的实现是按照电压环和电流环分别设计。根据有源功率因数校正的基本特性。对系统进行了建模,同时对数学模型进行分析和计算。现在提出的嵌入式模块技术,是将来模块超小型化不可缺少的技术。今后,在嵌入式模块等各自的技术特点不断发展的同时,应将其复合化,进一步确立基片和贴装平台技术。另外,今后还应考虑强化无源元件的开发技术,开发由此派生的三维贴装模块技术,进一步推进实用化。另一方面,今后应将通用无源元件应用于嵌入式模块的开发当中。例如,薄形产品(例如:1005尺寸和0603尺寸,厚度为0.1mm等的元件)应实现标准化。另外,为了扩大适用范围,还应开发膜片式电感器和膜片式电容器等。

责任编辑:Sky
来源:电源网综合

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