單級(jí)功率因數(shù)校正變流器降低開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力方法

提出一種低電壓應(yīng)力的buck變換器。該變換器能在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)關(guān)(zerocurrentswitching,zcs)和所有無(wú)源開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)(zerovoltageswitching,zvs),而且通過(guò)無(wú)源箝位電路徹底地消除了所有開(kāi)關(guān)管的電壓尖峰;此外,所有開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力都很小。該文詳細(xì)分析了該變換器的工作原理以及箝位支路的作用機(jī)理,并通過(guò)狀態(tài)空間平均法分析了該變換器的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,最后在一臺(tái)1200w的原理樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本文首先基于三相靜止坐標(biāo)系的典型控制方案與基于d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的矢量控制方案作了比較,然后運(yùn)用功率平衡的原理對(duì)本文給出的矢量控制方案進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上提出一種前饋控制策略并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

被研究電路簡(jiǎn)單而實(shí)用,工作于固定占空比就能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,不過(guò)這種情況下,輸入電流含較多的5、7和11次諧波。往占空比注入6倍次諧波,能顯著減小諧波,但確定各諧波的注入量是個(gè)難點(diǎn)。采用多種算法(含遺傳算法)對(duì)諧波注入系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)對(duì)比可知:最簡(jiǎn)單迅速的方法是一維搜索;各次諧波的注入系數(shù)和輸入電壓幅值有關(guān),只注入6次諧波效果還不夠理想;此外,所給優(yōu)化結(jié)果是這種電路所能達(dá)到的最佳效果。

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以抑制功率因數(shù)校正(pfc)電路中功率管開(kāi)通時(shí)的電流上升率di/dt,同時(shí)降低關(guān)斷時(shí)的電壓上升率du/dt,使整個(gè)電路的效率得到提高。介紹了一種無(wú)損軟開(kāi)關(guān)升壓(boost)功率因數(shù)校正變換器,詳細(xì)分析了電路的工作原理,并以此設(shè)計(jì)出一臺(tái)開(kāi)關(guān)頻率為100khz,功率300w的樣機(jī),并給出實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加入輔助電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān),有效地改善開(kāi)關(guān)管的工作波形。

三相單開(kāi)關(guān)boost型功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)較為繁瑣,簡(jiǎn)化模型可使電路的分析和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化,利用簡(jiǎn)化模型對(duì)功率因數(shù)校正器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),仿真和實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。

根據(jù)三相單開(kāi)關(guān)功率因數(shù)校正(pfc)電路的工作原理,實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)用時(shí)域仿真程序的編制,待求解的微分方程階次低,仿真速度高。通過(guò)與通用仿真程序的對(duì)比,證明了專(zhuān)用程序的有效性和高速性。

單相有源功率因數(shù)校正電路(powerfactorcorrection,pfc)的拓?fù)涑＿x擇升壓式boost電路,電壓可升可降的拓?fù)淙鏲uk、sepic、zeta等開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力大、損耗大。分析了一種低電壓應(yīng)力的雙開(kāi)關(guān)管的buck/boost拓?fù)?分析其在3種工作電路方案下的開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力和功率損耗,應(yīng)用mathcad進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并分析計(jì)算結(jié)果。

為了滿(mǎn)足輸入電流諧波限制標(biāo)準(zhǔn),例如iec1000-3-2,在dc-dc變換器前加入一級(jí)功率因數(shù)校正變換器作為預(yù)調(diào)節(jié)器。但是對(duì)于有保持時(shí)間要求的電源,當(dāng)輸入掉電時(shí),由于受下一級(jí)dc-dc變換器占空比變化范圍的限制,預(yù)調(diào)節(jié)器電容上存儲(chǔ)的能量不能全部傳送到輸出端,因此需要較大容量的電容以提供要求的保持時(shí)間。該文提出1種新的預(yù)調(diào)節(jié)器,它可以充分利用預(yù)調(diào)節(jié)器的電容能量,因此在相同的條件下可以減小儲(chǔ)能電容,并且保持電容電壓低于450v。分析了這種變換器的工作原理,并在1個(gè)250w的原理樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證,最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

提出了一種低電壓應(yīng)力z源電路拓?fù)?該電路通過(guò)二極管的控制,在直通時(shí)對(duì)電感進(jìn)行并聯(lián)充電,在非直通時(shí)使電感串聯(lián)放電,從而以較短的直通占空比獲得較大的升壓比,達(dá)到降低功率開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力的目的。分析了電路的工作原理并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果驗(yàn)證了電路的有效性。

提出了一種新穎的三相cuk型高功率因數(shù)校正電路。在電路拓?fù)渲胁捎萌嗳珮蛘鳂蚝蛦喂芄β书_(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波電流輸入;同時(shí)在中間儲(chǔ)能電容(過(guò)渡電容)上串聯(lián)一電感以及在續(xù)流二極管上并聯(lián)一小電容,使得電路工作在復(fù)合諧振狀態(tài),從而獲得零電流開(kāi)關(guān)。文章分析了電路的工作原理,仿真驗(yàn)證了理論分析結(jié)果,同時(shí)一個(gè)2kw的試驗(yàn)電路驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。該電路具有輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、功率因數(shù)和效率高等特點(diǎn),具有很好的實(shí)用化前景。

提出了一種基于幅相控制、實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)可調(diào)的三相pwm變流器控制方法。通過(guò)建立系統(tǒng)低頻數(shù)學(xué)模型,分別在整流和逆變狀態(tài)下,探討系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)、從電網(wǎng)吸收或回饋容性、感性無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程。分析了控制角、受控的功率因數(shù)角、最大負(fù)載能力、最大回饋電網(wǎng)電能與調(diào)制深度、負(fù)載、電感量之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明,該pwm變流器具有控制簡(jiǎn)便、相電流諧波較小等優(yōu)點(diǎn)。

引言熒光燈鎮(zhèn)流器的整流濾波電路(如圖1所示)工作時(shí)會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波。其產(chǎn)生機(jī)理是:交流電壓經(jīng)過(guò)整流和電容濾波后,在濾波電容c上得到一個(gè)直流電壓uc。由于uc的存在,在交流輸入電壓的絕對(duì)值〡u入〡<uc時(shí),整流電路的所有二極管都處

研究了一種高功率因數(shù)的雙開(kāi)關(guān)升壓整流器的單周期控制方法。在該整流器中,二極管整流電路和功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)結(jié)合在一起,減少了導(dǎo)通損耗,具有效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但是由于升壓電感在交流側(cè),電流和電壓檢測(cè)不是很方便。為此,引進(jìn)單周期控制技術(shù),它不需要檢測(cè)交流輸入電壓,而且對(duì)輸入電流的檢測(cè)也相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)單周期控制電路具有簡(jiǎn)單可靠、響應(yīng)快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。文中較為詳細(xì)地分析了單周期控制雙開(kāi)關(guān)升壓整流器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式,最后在pspice中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

通過(guò)對(duì)單周雙極性控制三相功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理、控制方法進(jìn)行仿真研究,在單周雙極性控制下輸入電流能較好地跟蹤輸入電壓,驗(yàn)證了采用該控制策略,功率因數(shù)校正系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。分析了單周雙極性控制下,在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期、不同開(kāi)關(guān)時(shí)段、不同開(kāi)關(guān)組合情況的電感電壓和電感電流的關(guān)系,經(jīng)過(guò)對(duì)saber模型仿真結(jié)果的分析,推導(dǎo)出電感電流紋波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,得出了電流紋波與電感值、開(kāi)關(guān)頻率和積分時(shí)間系數(shù)相關(guān)的結(jié)論。同時(shí),系統(tǒng)參數(shù)一定時(shí),當(dāng)輸出電壓大于2倍的相電壓與積分時(shí)間系數(shù)的比值,可以減小電感電流紋波;輸入、輸出電壓一定時(shí),電感電流紋波與電感值和開(kāi)關(guān)頻率成反比;系統(tǒng)穩(wěn)定性范圍與負(fù)載大小及積分時(shí)間系數(shù)有關(guān)。

采用偽相移式全橋零電壓零電流(pps-fb-zvzcs)變換器完成三相功率因數(shù)校正(pfc)和輸出電壓調(diào)節(jié)雙重功能,并能有效抑制直流母線電壓。本文對(duì)其進(jìn)行了理論分析、關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,其最大輸出功率為10kw,功率因數(shù)達(dá)到0.99,輕載時(shí)直流母線電壓小于800v。

功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。設(shè)計(jì)了一種新型高效單相boost高功率因數(shù)整流器,主電路在傳統(tǒng)的boost電路中加入無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò),在不改變電路原有工作原理、模式的情況下降低了du/dt和di/dt,提高了電路效率?？刂齐娐凡捎胕r1150作為主控芯片,簡(jiǎn)化了pfc電路的設(shè)計(jì)并縮小了裝置體積。分析了單周期控制的功率因數(shù)校正原理與無(wú)源無(wú)損網(wǎng)絡(luò)的工作原理,對(duì)高功率因數(shù)整流器的主要模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一種新型薄銅帶工藝?yán)@制的帶中心抽頭的三點(diǎn)式電感,有效地減小了高頻集膚效應(yīng),改善了boost變換器的開(kāi)關(guān)調(diào)制波形并降低了磁件溫升。250w的樣機(jī)試驗(yàn)表明,該高功率因數(shù)整流器設(shè)計(jì)合理、性能可靠,功率因數(shù)可達(dá)0.993,實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)的零電流開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的零電壓關(guān)斷。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)日益得到廣泛應(yīng)用,帶來(lái)了三相整流器的功率校f問(wèn)題。在簡(jiǎn)要分析三相單開(kāi)關(guān)部分有源pfc的基礎(chǔ)上,根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無(wú)源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案,在對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和仿真分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了所提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿(mǎn)足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)的廣泛應(yīng)用,帶來(lái)了三相整流器的功率校正問(wèn)題。根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無(wú)源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案。在對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿(mǎn)足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98,效率高達(dá)0.98。

為解決目前市場(chǎng)上的led電源功率因數(shù)低、電流諧波大且工作效率低下、電源發(fā)熱量大、易損壞的缺點(diǎn),文中介紹了一種采用反激式拓?fù)涞膯渭?jí)功率因數(shù)校正led驅(qū)動(dòng)電源.該電源在臨界導(dǎo)通模式下實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正和對(duì)led燈的恒流驅(qū)動(dòng),電路采用單級(jí)pfc結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),采用零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)降低了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗.文中對(duì)電路工作原理做了詳細(xì)的說(shuō)明,給出了臨界導(dǎo)通模式下開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)頻率的計(jì)算公式以及影響功率因數(shù)的因素.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該電源功率因數(shù)大于0.96、效率大于0.9,可高效、可靠地驅(qū)動(dòng)led燈工作.

單周期控制方式是一種大信號(hào)非線性模擬控制方式。它僅需要幾個(gè)數(shù)字邏輯器件就可完成單位功率因數(shù)的控制任務(wù),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)基于單周期控制的三相三開(kāi)關(guān)三電平整流器(vienna)進(jìn)行了深入研究,推導(dǎo)了其單周期控制方程,并分析了在兩個(gè)輸出電容電壓不相等情況下的電壓平衡問(wèn)題,說(shuō)明了在單周期控制方式下輸出電容電壓可以達(dá)到平衡狀態(tài)。最后進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)的仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證,仿真與試驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

針對(duì)傳統(tǒng)橋式整流升壓功率因數(shù)校正(pfc)電路效率較低的缺點(diǎn),提出了一種最小電壓應(yīng)力的軟開(kāi)關(guān)無(wú)橋pfc電路拓?fù)洹Ｔ诶碚摲治龊头抡骝?yàn)證的基礎(chǔ)上,研制了一臺(tái)300w的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。結(jié)果表明,改進(jìn)的無(wú)橋pfc電路拓?fù)渚哂型☉B(tài)損耗低、電流采樣簡(jiǎn)單,能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管零電壓關(guān)斷和零電流開(kāi)通,同時(shí)實(shí)現(xiàn)整流二極管零電壓導(dǎo)通和接近零電流軟關(guān)斷的優(yōu)點(diǎn)。

本文詳細(xì)分析了被動(dòng)式pfc、改進(jìn)型被動(dòng)式pfc、半主動(dòng)式pfc和主動(dòng)式pfc的特點(diǎn),并從變頻空調(diào)實(shí)際使用的條件和行業(yè)的特點(diǎn)出發(fā),提出不同功率等級(jí)空調(diào)需要區(qū)別對(duì)待選用不同拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的pfc,以得到最高的性?xún)r(jià)比.