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單級功率因數(shù)校正電路實(shí)用性的分析
摘要:針對電網(wǎng)對電源功率因數(shù)和諧波含量的要求,單級功率因數(shù)校正電路已經(jīng)是電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對單級功率因數(shù)校正電路進(jìn)行了分析,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)在的輸入電流的諧波標(biāo)準(zhǔn),分析了單級功率因數(shù)校正電路的實(shí)用性。關(guān)鍵詞:功率因數(shù)校正;單級功率因數(shù)校正;實(shí)用性
引言
為了減少諧波對交流電網(wǎng)的污染,國內(nèi)外都制訂了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),因此,功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)已成為電力電子領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。隨著電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格,PFC變換器被越來越多地應(yīng)用于開關(guān)電源、變頻調(diào)速器和熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器中。近幾年來,隨著相關(guān)技術(shù)和各種控制策略的發(fā)展,PFC技術(shù)已得到大量研究。PFC電路根據(jù)工作方式可分為兩大類,即無源PFC電路和有源PFC電路。有源PFC電路根據(jù)變換級數(shù)可以分為單級PFC電路和多級PFC電路。近年來,單級PFC電路得到廣泛的關(guān)注,對它的研究也越來越熱了,但是,在工業(yè)上它還沒有得到廣泛應(yīng)用。
通常,通過以下幾個(gè)方面來判斷一個(gè)功率因數(shù)校正拓?fù)涞膬?yōu)劣:
--功率因數(shù)的高低;
--輸入電流波形畸變的大;
--效率和功率密度的高低;
--開關(guān)管應(yīng)力的大小。
單級功率因數(shù)校正將PFC級和DC/DC級組合在一起,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對輸入電流的整形和對輸出電壓的調(diào)節(jié),但與兩級方案相比,它只調(diào)節(jié)輸出電壓,保證輸出電壓的穩(wěn)定,而對輸入電流沒有進(jìn)行調(diào)節(jié),讓輸入電流自動(dòng)跟蹤輸入電壓,因此,單級PFC電路的效果比較差。本文根據(jù)現(xiàn)在國際上的電流諧波標(biāo)準(zhǔn),對單級PFC電路在工業(yè)上能否被廣泛應(yīng)用進(jìn)行了分析。
1 單級PFC電路的分析
圖1是單級PFC的通用結(jié)構(gòu)。不像兩級PFC,單級PFC中使PFC級和DC/DC級共用一個(gè)開關(guān),同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入電流波形的整形和輸出電壓的快速調(diào)節(jié),輸入輸出的隔離。由于控制電路只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出電壓,在穩(wěn)態(tài)時(shí)占空比(D)幾乎是個(gè)恒定值,所以,單級PFC要求輸入電流能夠自動(dòng)跟隨輸入電壓,圖2為單級PFC的輸入電壓、電流波形和占空比波形。
1.1 儲能電容的比較
在單級PFC中,由于DC/DC級工作在CCM,占空比不隨負(fù)載變化。當(dāng)負(fù)載變輕時(shí),輸出功率減少,PFC級輸入功率Pin卻沒有這么快的變化。這樣,充入儲能電容的能量大于從儲能電容抽走的能量,導(dǎo)致儲能電容電壓上升,如果輸入具有較少的阻抗,VB會急劇上升以維持輸入功率和輸出功率的平衡。另外,單級PFC電路儲能電容上的電壓變化范圍比較大,在輸入電壓低的時(shí)候,儲能電容上的電壓比較低;在輸入電壓高的時(shí)候,儲能電容上的電壓比較高,因此,對于相同
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