多重化PFC整流电路探讨
实例解读 两种三相无源PFC电路的仿真研究
实例解读两种三相无源PFC电路的仿真研究
三相无源PFC电路是一种应用范围比较广泛的电路设计结构，在很多电子电路系统中都得到了较好的应用。
在今天的文章中，我们将会对两种常见的三相无源PFC电路进行仿真研究，这两种PFC电路分别是12脉波整流三相无源PFC电路和基于移相电感器的三相无源PFC整流电路，下面就让我们通过其仿真和数据对比，来看一下他们的数据参数和特点。
12脉波整流三相无源PFC电路
首先我们来看一下采用移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路，这种电路是目前应用范围非常广泛的PFC电路形式之一，其拓扑如下图图1所示。
在图1所展示的电路系统中我们可以看到，L1～L3、C1～C3构成三相输入滤波器，移相变压器采用两组接法，YΔ联结和Y/Y联结。
经过三相输入滤波器的输入电压通入移相变压器后，得到互差30°的六相对称点压，供给六相整流器，为后级电解电容器组供电，这样就可以获得一个正弦度很高的输入电流。
图1 基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路
基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路的Matlab仿真研究
在已经了解了这种基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路拓扑结构之后，下面我们就要利用仿真软件对这一PFC电路进行仿真模拟。
我们依据图1所给出的电路系统，建立仿真模型，在这一模型的建设过程中，我们将相关参数设置为：三相交流输入电压为Ui=220V/50Hz，输入滤波电容参数C1=C2=C3=20μF，输入滤波电感参数L1=L2=L3=7mH，三相整流桥输出。
多重化PFC整流电路探讨
多重化PFC整流电路探讨作者：王川涛来源：《电子技术与软件工程》2015年第16期摘要本文主要阐述多重化理论，从数学上描述了纹波抵消效应、定性阐述了轻载通道减少的优势。
文末例举TI公司采用技术的uc20860芯片在PFC电路设计中应用，可削弱总的输入、输出纹波电流；缩小EMI滤波器和输出电容。
【关键词】多重化纹波抵消效应轻载1 多重化理论简介多重化理论系指将一组相同参数的组件并联到系统某个环节，替换该系统原理模型中的单个组件，采用相同周期（频率）、可调节步调（相位）的控制节奏，实现系统更“平稳”的输出。
图1.1中两通道电流叠加后，时域波形有纹波削弱。
不同的通道数、占空比情况下，纹波削弱程度见图1.2。
在多通道PFC的滤波器设计中，需用频域的分析方法可简化问题。
图1.3是两通道PFC简化差模噪声模型。
图1.4为噪声时域波形。
2 两通道拓扑结构对滤波器设计的影响普通Boost变换器原理如图2.1。
将一个开关周期分成若干部分分析。
连续导通模式（CCM）下，MOSFET漏源极电压可视为方波，忽略稳态时的直流成分，电路可简化如图2.2。
MOSFET漏源电压可分解为直流成分及用傅里叶级数表示的开关频率谐波。
3 两通道拓扑结构对输出电容的影响不考虑电感纹波电流情况下，将开关频率纹波电流视为方波，见图3.1。
4 uc28060本文采用TI公司的技术，双相过渡模式PFC控制器---uc28060，制作一个输入为85～265VAC，输出390V/300W电源。
图4.1是uc28060引脚布置图。
uc28060的CS引脚检测输入电流，通过门极信号GDX引脚可关闭MOSFET，阻止浪涌电流。
上述开关频率范围内，uc28060单通道运行时，轻载效率提升的效果要相对于EMI噪声增加要明显得多。
5 结束语通过将频域分析方法应用于360/m对称型多重化PFC理论研究，揭示了组成纹波的部分阶次谐波抵消，部分阶次谐波叠加的数学本质。
PFC工作原理和控制方法
PFC工作原理和控制方法2010-12-15 14:46 分类：电源知识PFC不是一个新概念了，在UPS电源要运用地较多，而PC电源上很少见到PFC 电路。
PFC在PC电源上的兴起，主要是源于CCC认证,所有需要通过CCC认证的电脑电源，都必须增加PFC电路。
PFC就是“功功率因数校正”的意思，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。
功率因数越高，说明电能的利用效率越高。
PC电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。
早在80年代初，人们已对这类装置产生的高次谐波电流所造成的危害引起了关注。
1982年，国际电工委员会制订了IEC55－2限制高次谐波的规范（后来的修订规范是IEC1000－3－2），促使众多的电力电子技术工作者开始了对谐波滤波和功率因数校正（PFC）技术的研究。
电子电源产品中引入PFC电路，就可以大大提高对电能的利用效率。
PFC有两种，一种是无源PFC（也称被动式PFC），一种是有源PFC（也称主动式PFC）。
无源PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7~0.8；有源PFC由电感电容及电子元器件组成，体积小，可以达到很高的功率因数，但成本要高出无源PFC一些。
有源PFC电路中往往采用高集成度的IC，采用有源PFC电路的PC电源，至少具有以下特点：1）输入电压可以从90V到270V；2）高于0.99的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；3） IC的PFC还可用作辅助电源，因此在使用有源PFC电路中，往往不需要待机变压器；4）输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；5）有源PFC输出DC电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工频2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。
由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
三相不控整流电路的PFC设计案例分析
三相不控整流电路的PFC设计案例分析 PFC技术目前已经被成功应用到了中小功率开关电源产品的设计过程中，通过对功率因数校正的合理利用，工程师可以有效提升其工作效率。
在今天的文章中，我们将会通过一个实际案例，来为各位新人工程师们进行实例解析，看在三相不控整流电路中应当如何有效实现其PFC设计。
三相不控整流电路是一种在中小功率开关电源设计中，比较常见的电路设计类型。
但是，这种电路系统也有其本身的缺点，那就是即使负载等效为一个电阻，也不能获得满意的功率因数，需要人工进行PFC设计。
出现这一问题的根本原因在于，三相不控整流电路中三相电压通过不控整流桥互相耦合，输入电流是三个相电压的函数，不可能同时兼顾三相输入电流，使任何一相输入电流都不能独立控制为正弦波形，必须对三相输入电压进行解耦。
下图中，图1所展示的是就一种大电容滤波的三相不控整流电路结构。
图1 大电容滤波的三相不控整流电路 结合图1所给出的这种电路结构，下面我们就来对该种大电容滤波的三相不控整流电路进行仿真分析。
在仿真模拟过程中，我们所设置的各项参数如下：输入相电压有效值Ui=220V/50Hz，输出滤波电容C=1800μF，负载R=50Ω。
任意一相的输入相电压相电流波形如图2所示，图3为输入电流的谐波分析图，仿真测量的功率因数值为0.566。
通过仿真结果可以看出，这种电路具有功率因数低，输入电流的总谐波畸变程度大，输入谐波电流含量严重超标的缺点。
图2 大电容滤波的三相不控整流电路输入电压电流波形 图3 大电容滤波的三相不控整流电路输入电流谐波分析 在了解了这种大电容滤波的三相不控整流电路的缺点之后，针对其本身所存在的缺陷，我们所采用的PFC改良方法，是选择桥前采用LC滤波器桥后采用电抗器对这一电路系统进行重新设计，以此来达成PFC（功率因数校正）的目的。
桥前采用LC滤波器桥后采用电抗器的三相无源PFC电路如图4所示，其特点是分别在原有三相全桥整流电路的交流输入侧加无源滤波器电感和电容，其三相交流输入端每相分别串联滤波电感L，输入滤波电容C采用三角形接法。
三相无源PFC电路的仿真研究报告详解
三相无源PFC电路的仿真研究报告详解三相无源PFC（Power Factor Correction）电路是一种用于改善电源的功率因数的电路，采用三相桥式整流电路和LC滤波器结构，通过控制触发脉冲宽度（PWM）来实现对输入电流的调节，使其与输入电压保持同相，并且保持近似于正弦波的波形，从而达到提高功率因数的目的。
为了进一步研究三相无源PFC电路的性能和优化参数，进行了仿真研究，并撰写了下面的报告。
一、引言介绍三相无源PFC电路的工作原理和应用背景，指出提高功率因数的重要性以及三相无源PFC电路在节能和环保方面的优势。
二、电路结构和工作原理详细介绍三相无源PFC电路的电路结构和各个元件的作用，包括三相桥式整流电路、LC滤波器和PWM控制器。
通过图示和公式推导，讲解电路的工作原理，解释输入电流的调节和输出电压的稳定性等关键参数的影响因素。
三、三相无源PFC电路的仿真模型建立在仿真软件中搭建三相无源PFC电路的模型，选择合适的元件参数和控制策略，建立系统的数学模型，包括桥式整流器和滤波器的变量方程。
四、三相无源PFC电路的仿真结果分析五、优化参数研究针对三相无源PFC电路的性能问题，对其中的关键参数进行优化研究，包括电感、电容和PWM控制的频率等。
通过调整这些参数，并对比仿真结果，找出最佳的参数组合，以达到更高的功率因数和稳定的输出电压。
六、结论总结三相无源PFC电路的仿真研究结果，指出电路的优点和缺点，讨论仿真过程中的一些假设和误差，并提出可能的改进方案。
给出对未来工程应用的展望，进一步研究和开发更高效、更稳定的三相无源PFC电路。
引用相关研究和资料，包括理论基础、仿真软件的使用手册、相关文献和研究报告等。
以上是对三相无源PFC电路仿真研究报告的详细展开，可以根据以上框架进行进一步的扩展和详述。
基于电压电流双环控制的数字PFC电路设计研究
基于电压电流双环控制的数字PFC电路设计研究作者：杨运峰高文根何睿来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2019年第04期摘要：设计了一种基于TMS320F28335型DSP处理器的电压电流双环控制的数字PFC电路，重点研究了电压电流双闭环数字控制回路的设计，给出了具体PI参数计算例程，最后在Matlab/Simulink中建立了该双闭环控制系统的仿真模型，并对其结果进行了研究分析.关键词：数字PFC;双环控制;PI参数中图分类号：TM13;TM461; 文献标识码：A; 文章编号：1673-260X（2019）04-0024-04 引言传统的功率因数校正技术（PFC）主要通过模拟控制实现，该方法虽然成熟可靠但随着开关电源逐步朝着高頻化小型化发展，模拟控制方式带来的器件多，控制复杂等缺点逐渐显现[1-2].如今随着数字控制的不断发展，越来越多的电力电子装置开始使用数字处理器（DSP）控制方式，它具有体积小、控制外围电路简单、控制方式灵活等优点.TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代DSP相比，平均性能提高50%[3].文章阐述了基于DSP的功率因数校正电路的原理，以Boost-PFC电路拓扑结构为例实现数字控制PFC电路的参数计算，元器件的选型，和作为数字实现功率因素最重要的环节即电压电流双环控制的PI参数整定，最后通过仿真验证了系统设计的准确性.1 数字PFC电路结构与工作原理该PFC电路的主要组成部分由以下几个部分组成，分别是单相桥式不控整流电路，单相Boost升压电路，DSP处理器构成的控制电路，以及信号调理与检测电路.PFC电路想要实现高功率因数它的基本思想是当交流电经过单相不控整流电路后得到的整流电压电流作为整个PFC 系统电路的输入电流电压，这个得到的电压电流经过后续的 Boost型DC/DC变换电路之后，通过在DSP中使用相应的控制方法使得该电路输入的电流信号能够自动的跟随输入电压信号，即实现了电压电流的相位同步，达到提高功率因数的目的，如果要使得输出直流电压很稳定则必须对的电路进行闭环控制.2 单相PFC的控制策略本次设计PFC电路采用电压电流双环控制模式，其具体工作过程如下：输出的参考电压信号Ud*和经过PFC电路之后的输出电压Ud信号两者送到一个电压PI控制器，经过PI比较处理环节得到的信号我们把它作为是电感电流的大小参考信号Vg，这个电流参考信号Vg与整流后的输入电压信号Vs经过一个乘法器，通过乘法器能够使电流获得与输入电压相同的相位，其中电压环PI控制器由于含有积分器有助于消除稳态误差，整流之后的输入电压信号主要能够为电流参考信号提供相位支持，使得电感电流能够得到与电压信号两者具有相同的相位（相位相同，幅值虽然不同可以通过后续的控制算法来调整）[4].而这个信号即作为为电流环的电流大小参考命令IL*，同时将采样后的真实的电感电流信号IL与电流参考信号IL*经过一个电流PI控制器环节后得到的比较信号与DSP控制器的PWM比较单元产生一定的频率相同但是占空比大小不同的PWM脉冲序列信号从而控制电路的开关管开通与关断，以此来不断地调整开关通断时间使得实现电流跟踪电压相位达到功率因数为1的目标.3 主电路参数设计计算由于在开关电源电路中电感占据最重要的地位，电感的设计也最为复杂，我们可以通过以下几个步骤来设计.3.1 确定电感的大小（1）首先确定输入电流峰值的最大值：当输入电压最小时，输入电流的峰值能达到最大值，同时考虑到电源效率为92%（PFC变换器及DC/DC变换器的效率分别为96%）.（2）电感中纹波电流峰峰值.电感电流的峰峰值选取一般工程设计上取经验值，PFC电路的升压电感最大峰峰值可取PFC电路输入电流大小的20%.（3）计算占空比当输入的电流峰值最大时的占空比为：（4）计算电感量：根据以上公式可以并确定电感量为1.2mH.3.2 输出电容的选择PFC Boost电路的整流输出电压为2倍工频纹波，其纹波大小由输出电流和输出电容Co 决定，一般来说根据3W选取的原则即PFC输出功率的3倍值来选取输出电容的大小，通过计算可以取输出电容Co=1000μF.3.3 功率开关管的选择由于在本电路设计中PFC变换器的开关管开关频率设定为80KHz，所以功率开关管类型选择MOSFET.且此开关管的耐压值要大于PFC电路的输出电压，至少留有1.5倍电压裕量，开关管的额定电流大于PFC电感电流并且留有1.5倍的安全裕量.3.4 快恢复二极管的选择开关管关断时会使得二极管承受极高的反向电压，为了防止二极管被这个反向电压击穿所以在选择二极管时要考虑到快恢复特性，防止大的灌电流对开关管造成损坏二极管要承受反向输出电压故其额定电压要大于电路的输出电压，输出电流为1.5的电感电流IL裕量左右.4 控制回路设计在PFC数字控制回路中包含了两个环路;其中内环构成了电流环，PFC的电流内环的两个输入是经过电压外环之后的参考电流信号IACref和实际检测到的电感电流的信号IAC.其中电流环通过电流PI控制器的作用产生控制输出信号与DSP内部比较单元发生比较后得到控制开关管开通与关断的频率相同占空比不同的PWM脉冲信号，通过电流环的调节作用这样使得实际的电感电流IAC能够跟随参考电流IACref[5].与电压环相比，由于作为PFC电流内环，故其电流环应具有较快的响应速度，使之能够快速的让输入电流信号跟踪输入电压信号的相位，所以PFC电流内环的带宽应更高，这样才能准确无误的跟踪两倍于输入电网电压频率的半正弦波形.上图中外环构成PFC电路的电压环，其中电压外环的两个输入信号分别是用户输入参考电压信号VDCref和检测到的PFC输出直流电压信号VDC.电压PI控制器用于通过比较计算后产生控制输出误差信号，这样无论PFC输出端的负载电流IO和输入端电网的供电电压VAC 发生怎样的变化，其输出端直流母线电压VDC都将通过电压环的反馈调节从而保持稳定.由电压PI控制器产生电压误差控制信号作为电流内环的参考信号IACref.4.1 电流环PI控制器设计在本次PFC功率因数校正电路设计中设计电流环控制器时其电流环带宽选择8K，这样电流能够较好的跟踪经过整流电路之后的频率为100Hz或者120Hz的半波正弦输入电压，根据到单片机在进行数字采样计算时会有延时误差等数字延时的考虑，故在这里对PFC电流PI控制器的“零点”进行配置，因此对于相位交点频率为8kHz情况，电流环“零点”配置在远小于该频率处以避免数字延时，故本文中电流PI控制器的零点选择800Hz.在设计电压电流环路时需要确定框图中K1K2K3的系数，计算公式给出如下：4.2 电压环PI控制器设计在开关电源等电路设计时，我们在设计电压环控制器时电压环带宽一般选择为电网电压频率的1/10，在本设计中由于整流之后電网电压频率为100Hz，所以在这里我们选择电压环的带宽为10Hz，在该处此时电压环的带宽远小于100Hz或120Hz的电网电压输入频率，这样做的好处是能够明显的消除直流母线电压中的谐波干扰，对于提高系统稳定性有极大的帮助.在设计电压PI控制器的零点时选择其与电压环的带宽相同，考虑到单片机在采样时会有延时，所以在电压环带宽为10Hz时数字延时不是那么明显.有利于保证采样的准确性.其中Zfcv为负载的输出等效阻抗，该负载输出阻抗等效了PFC电路输出滤波电容，PFC 输出负载阻抗的两者并联组合，通过等效负载输出阻抗参数来反应电压环的精确性.5 系统仿真本文通过在MATLAB仿真软件上针对以上算法进行了仿真，PFC电路交流输入为220V，峰值输入电压为90V-265V，电压频率为工频50Hz，开关管的开关频率为80kHz，实验仿真如以下图，图5显示的是电路经过PFC后可以看出电流能够跟踪电压相位，使得功率因数接近于1达到了设计的目的.图6显示的是输出电压波形，其值大小稳定在410V，符合设计要求.6 结论本设计针对目前模拟控制方式PFC电路的各种缺点，提出了一种基于DSP数字控制方式的PFC电路的主电路参数设计以及控制回路的PI参数设计，最后通过仿真验证了设计的可行性.参考文献：〔1〕王跃林，申群太.基于DSP数字控制的Boost-PFC系统的设计[J].通信电源技术，2007，24（6）：73-75.〔2〕文雪峰，佃松宜，邓翔.基于数字双环控制的功率因数校正控制算法[J].电力系统自动化，2014，38（3）：36-40.〔3〕丁凯.基于DSP的三电平PWM整流器的控制策略研究[D].东南大学，2015.〔4〕陈倩玉.ZVS半桥三电平充电机控制策略研究和实现[D].电子科技大学，2016.〔5〕张亚州.浅谈有源功率因数的校正及有源滤波技术的研究[J].建筑工程技术与设计，2017（20）.。
PFC电路的基本结构和工作原理
PFC电路的基本结构和工作原理上图为未加入PFC电路的整流电路的原理方框图，下图为工作波形。
由以上分析我们可以看出．未加入PFC电路的整流电路稳定工作以后，只有在市电电压的正负峰值附近二极管才导通，产生脉冲电流。
造成离线电源功率因数降低的原因在于电流的导通角太小，在半个周期内远远小于180°，提高功率因数就要设法使电流的波形在整个周期内追踪电压的波形。
既然造成导通角太小的原因是整流器后面接人的大容量滤波电容，有源PFC电路基本思想就是在整流器和大容量滤波电容之间加入一级初级调整，把两者进行隔离，此PFC初级调整变换器输出一个基本稳定的DC电压，同时其输入电流能按照和市电一样的正弦规律变化。
下图所示电路为加入PFC电路的基本结构和工作原理。
通过比较，我们可以比较明确看出PFC 电路在电源电路结构中的位置和作用。
尽管PFC电路的具体形式繁多，不尽相同，工作模式也不一样（CCM电流连续型、DCM不连续型、CRM临界型），但基本的结构大同小异，大部分都是采用升压的boost拓扑结构，因为这种电路形式优点比较多。
这也是一种典型的升压开关电路，基本的思想就是前面说的把整流电路和大滤波电容分割，通过控制PFC开关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化。
工作原理并不复杂，彻底搞清楚这个基本电路的原理，就能触类旁通，给独立分析电路打下基础。
在这个电路中．PFC电感L在MOS开关管0导通时储存能量，在开关管截止时．电感L上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管Dl对大的滤波电容充电，输出能量，只不过其输入的电压是没有经过滤波的脉动电压。
值得注意的是，平板电视大部分PFC电感L上大都并联着一个二极管D2，该二极管D2具有保护作用。
大家知道：PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的，由于电感L上的电流不能突变，就对大的滤波电容C的浪涌电流起了限制作用。
并联保护分流二极管D2．由于没有电感的限制作用，对滤波电容的冲击反而会更大，但它可以保护升压二圾管，特别是PFC开关管。
移相多重化整流技术论述
移相多重化整流技术论述1、电力电子多重化技术是指在大功率电力电子电路中，使用若干个相同结构的电路拓扑通过移相处理后进行串联或者并联连接，构成输入侧或者输出侧等效多脉波的电路形式，有利于降低谐波、减小无功、提高电力电子装置的电压等级及装置容量。
在高频工作场合，电力电子多重化技术还能够降低单元电路的工作开关频率以提高整体电路的工作频率，最大限度地利用全控型开关器件开关频率与通流能力、耐压水平的综合效力。
包含串联多重化与并联多重化，串联多重化除了降低谐波含量、提高功率因素外要紧用于高电压场合，以提高电力电子装置的电压等级；并联多重化除了降低谐波、提高功率因素外要紧用于大电流场合，以提高电力电子装置的电流容量。
2、多电平逆变器的调制方法要紧为：①特定谐波消除法（SHEPWM）；②空间矢量法（SVPWM）；③基于载波的PWM操纵法（SHPWM）三种。
消除特定谐波法消除特定谐波PWM操纵法有如下优点：①能够降低开关频率，降低开关损耗；②在相同的开关频率下，能够生成最优的输出波形；③能够通过调制得到较高的基波电压，提高了直流电压利用率，最多可达1.15。
多电平空间矢量调制法将三相系统的电压统一考虑，并在两相系统进行操纵。
这种操纵方法称之电压空间矢量操纵，它的特点在于对三相系统的统一表述与操纵，与对幅值与相位同时操纵这两个方面。
模型简单，便于微机实时操纵，并具有转矩脉动小，噪声低，直流电压利用率高的优点，因此目前不管在开环操纵还是闭环操纵系统中均得到广泛的应用。
基于载波的PWM调制技术多电平变换器载波PWM操纵策略，是两电平载波SPWM技术在多电平中的直接推广应用。
由于多电平变频器需要多个载波，因此在调制生成多电平PWM 波时有两类基本方法：①首先将多个幅值相同的三角载波叠加，然后与同一个调制波比较，得到多电平PWM波，即载波层叠法(Carrier Disposition，CD)PWM，该方法可直接用于二极管箝位型多电平结构操纵，对其他类型的多电平结构也适用；②用多个分别移相，幅值相同的三角载波与调制波比较，生成PWM波分别操纵各组功率单元，然后再叠加，形成多电平PWM波形，称之载波移相法(Phase Shift Carrier，PSD)PWM，通常用在H桥级联型结构与电容钳位型结构。
整流电路的PFC
• 忽略电压谐波时
∑I
n=2
∞
2 n
这种情况下：
Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流 为由基波电流所产生的无功功率， 是谐波电流 产生的无功功率。 产生的无功功率。
三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析 1. 单相桥式全控整流电路
1）忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足 够大（电流i2的波形）
五、抑制谐波与改善功率因数 （一）谐波抑制措施 1.增加整流装置的相数 1.增加整流装置的相数 2.装设无源电力谐波滤波器
许多国家都发布了限制电网谐波的国家标 准，或由权威机构制定限制谐波的规定。 国家标准（GB/T14549-93）《电能质量公 用电网谐波》从1994年3月1日起开始实施。 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限
用户供电电 压 (KV) 电压畸变极 限(％)
0.38
0.3 cn 2 U2L 0.2 0.1
n=6
n=12 n=18 0 30 60 90 120 150 180
值随α 增大而增大， α =90°时谐波 ° 幅值最大。
α/(°)
•
α 从90°~ 180°之间电路工作于有源 逆变工作状态，ud 的谐波幅值随 α
增大而减小。
三相全控桥 电流连续时，以n 为参变量的与α 的关系
四、整流输出电压和电流的谐波分析
4） α 不为 °时的情况 ） 不为0°时的情况： 三相半波整流电压谐波的一般表 达式十分复杂，给出三相桥式整 流电路的结果，说明谐波电压与 α 角的关系。 以n为参变量，n次谐波幅值（取 标幺值）对α 的关系如图所示：
• 当α 从0°~ 90°变化时，ud的谐波幅 ° °
pfc整流电路工作原理
pfc整流电路工作原理PFC整流电路工作原理引言：功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）是一种用于改善电力系统功率因数的技术。
在许多电力设备中，由于非线性负载或传统整流电路的使用，导致系统功率因数较低，给电网带来了许多问题。
PFC整流电路的出现解决了这一问题，本文将介绍PFC 整流电路的工作原理。
一、整流电路的基本原理在电力系统中，交流电需要被转换为直流电才能供电给电子设备。
传统的整流电路通常采用二极管桥式整流电路，其原理是通过二极管将交流电转换为脉动的直流电。
然而，这种整流电路存在功率因数低、谐波污染等问题。
二、PFC整流电路的工作原理PFC整流电路通过控制开关管的导通时间，将交流电转换为稳定的直流电，从而改善系统的功率因数。
PFC整流电路一般采用开关电源的拓扑结构，常见的有Boost型、Buck-Boost型和Bridgeless 型等。
1. Boost型PFC整流电路Boost型PFC整流电路是最常见的一种PFC电路，其基本原理是通过电感储能和电容滤波，将输入交流电转换为直流电。
具体工作过程如下：（1）输入电压周期内，当开关管导通时，电感储能，电容器充电；（2）开关管关断时，电感释放能量，将电能传递给输出负载；（3）输出负载获取到能量后，电容器开始放电，保持稳定输出电压。
Boost型PFC整流电路能够实现高功率因数校正，并且具有输出电压稳定、谐波小等优点。
2. Buck-Boost型PFC整流电路Buck-Boost型PFC整流电路是一种变换器，能够根据输入电压的大小自动调整输出电压。
其工作原理如下：（1）当输入电压大于输出电压时，开关管导通，电感储能，电容器充电；（2）当输入电压小于输出电压时，开关管关断，电感释放能量，将电能传递给输出负载；（3）输出负载获取到能量后，电容器开始放电，保持稳定输出电压。
Buck-Boost型PFC整流电路能够实现高功率因数校正，并且具有输入电压范围广、输出电压稳定的特点。
PFC设计原理及规格制作的介绍
PFC设计原理及规格制作的介绍PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）是一种用于电源系统的技术，主要目的是提高电源的功率因数，从而减少电网的谐波污染，提高电能的利用效率。
本文将介绍PFC的设计原理及规格制作，包括其原理、适用范围、设计要求和制作步骤等方面，以帮助读者更好地了解和应用PFC技术。
设计原理：PFC技术主要通过在电源系统中添加一个功率因数校正电路，使电源输出电流的波形与电源电压的波形保持同相，从而提高功率因数。
一般来说，功率因数越接近1，电源系统的效率就越高，谐波污染也越小。
PFC的实现原理主要有两种：主动PFC和被动PFC。
主动PFC通过控制输入电源电流的形状和幅值，来实现动态地校正功率因数。
常用的主动PFC拓扑结构有Boost、Buck-Boost、Sepic等。
被动PFC则利用电感与电容的性质，通过滤波和平衡电流形状来校正功率因数。
被动PFC常用的拓扑结构有整流电路的diode bridge、L-C滤波器等。
适用范围：PFC技术广泛应用于各种电源系统中，如电力设备、电子设备、照明系统等。
特别是对于高功率设备和需要减少电网谐波污染的设备来说，PFC技术尤为重要。
同时，由于世界各地对能源效率的要求越来越高，PFC技术也成为了提高电源系统效率的重要手段。
设计要求：在进行PFC设计时，需要考虑以下几个方面的要求：1.功率因数要求：根据所在国家或地区的电力标准，确定电源系统的功率因数要求。
一般来说，要求功率因数达到0.9以上。
2. THD要求：THD（Total Harmonic Distortion，总谐波畸变）是衡量谐波污染程度的指标，要求THD在设备的工作范围内保持在合理的范围内，以减少对电网的干扰。
3.效率要求：电源系统的效率对能源利用效率有很大的影响，一般要求效率在85%以上。
4.稳定性要求：电源系统的输出电压和电流要具有较高的稳定性，以保证设备的正常工作。
关于PFC
◇PFC的作用power factor correct 功率因数校正！也就是使电流电压同步！1.作用是节省能源!就是说让电网中的能源尽可能被100%利用,但是实际中做不到,但可以接近,比如PFC 99% 等,也就是说有用功越多越好,无用功越小越好.2.假如个人使用,而你使用的就那么一个功率又不大,只是布线时费多一点钱,好象是没有什么作用啊!但是多了的时候就很好的体现出来了啊!!功率因数低,偕波含量太高,对电网的冲击就大,严重时会影响到其他电器的正常工作!!3.其实PFC对用户来说,并不能起到省电的作用!她还会导致效率的降低.不管是有源PFC还是无源PFC电路,都会加大用户的有功损耗.举个例子说吧,目前的最高效率APFC的效率约为97%,那么如果你采用了该PFC电路,你每个月就得多用电3%!那么为何很多国家都鼓励电路带PFC？主要原因是对变电站有利,举例:原来的PF值为0.6,通过PFC提高到0.95,则变电站的变压器容量可以降低近1/3!国家可以少建1/3的电厂!另外一个作用就是减少电网的谐波污染.PFC的普及瓶颈:1)效率太低,目前非软开关的一般仅为94%左右,最好的也就97%左右2)电路结构的复杂性及高昂的成本,特别是三相电路的更是如此.这也导致了单相的PFC尽管已经有几十种专用PFC控制IC,但还没普及;三相PFC的在国内则连成熟的工业化应用都没有,也即没有形成批量生产.PFC的出路:在于降低电路负杂性,提高系统可靠性,降低成本,降低PFC本身的功率损耗.4. PFC打个形象的比方:一个啤酒杯的容积是一定的,就好比是视在功率,可是你倒啤酒的时候很猛,就多了不少的泡沫,这就是无功功率,杯底的啤酒其实很少,这些就是有功功率.这时候酒杯的利用率就很低,相当于电源的功率因数就很小.PFC的加入就是要减少输入侧的无功功率,提高电网的利用率,对于普通的工业用电来讲是把电流的相位与电压的相位调整到一块了,对于开关电源来讲是把严重畸变了的交流侧输入电流变成正弦,另外还有降低低次谐波的功能,因为输入的电流是正弦了.5.1 由于设备中有电容,电感,变压器等器件使电压和电流不同步,这样出现无功功率,2 由于开关管,整流器等作用,输出电流中有畸变,谐波含量比较大,这样导致功率因数下降.它的危害是显然的,主要是对电网以及电器设备及器件的冲击力很大,容易毁坏器件.而无源PFC只是在器件的前端和后端分别用差模和共模来滤波,这样加L,C导致体积很大,而且功率因数只能达到0.85左右;而APFC采用DC-DC用控制电路使输入电流跟随输入电压,而且调整输入电流畸变程度.6. PFC 的作用,可以这样理解:假如现在有一台发电机,它最大能输出120V AC,15A的电流,即它的输出功率最大是120×15=1800W,现在如果有一台PF(power factor)很低的电源接到发电机上,该电源的效率是98%,PF是55%,那么该电源的输出端能提供的最大功率是:1800×0.98×0.55=970W,如果PF提高到99%,电源的输出端能提供的最大功率就会提升到:1800×0.98×0.99=1746W这样,对于同一个电源输出功率,高的PF电源,对发电机的容量要求就会降低;同样,对于同一个发电机,它用有限的功率,能同时供电给更多的电源;这样,由于无谓地往返发电机与电源之间电线上的谐波电流的造成损耗也相应会减少;◆电脑电源小知识——PFC的作用及选择最近一个词语被DIYER们越来越多地提起和认识。
浅析几种常见的PFC拓扑
浅析几种常见的PFC拓扑【摘要】AC/DC变换是电力电子技术在工业生产应用中较重要的一个方面。
如何解决AC/DC变换中产生的谐波，以及较低的功率因数已经成为电力电子技术领域中的一个主要研究方向。
本文首先从传统的AC/DC变换器拓扑分析入手，引出了功率因数基本定义、低功率因数的危害。
在这之后，本文给出并简单的分析了现在常用的一些功率因数校正电路。
【关键词】功率因数校正；AC/DC变换器；高频隔离；PFC技术；电力谐波随着电能——这一人类文明有史以来应用领域最广泛，影响人类社会工业发展最重大的能源的发现，给我们带来了极大的便利与力量，但随之而来的也有大量的问题。
电能转换装置在电网中产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网便是这诸多问题中较棘手的一个。
在这些装置中，各种AC-DC整流装置所占的比重最大。
目前广泛应用的整流电路主要有二极管不控整流电路、晶闸管相控整流电路和由全控型器件构成的全控整流电路。
而具体的转换主要由开关电源、不可控整流器或者晶闸管整流器来完成。
其中，从380V交流电网经整流供给直流是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案[1]。
在含有AC/DC变换器的电力电子装置中，DC/DC变换器或DC/AC变换器的供电电源一般是由交流市电经整流和大电容滤波后得到较为平直的直流电压，如图1.1所示。
二极管不控整流电路结构如图1.1所示。
二极管整流电路的优点：（1）结构简单，不需要控制电路；（2）可靠性高；（3）成本低。
二极管整流电路的缺点：（1）直流输出电压不可控，交流侧输入电流一般不连续；（2）交流侧输入电流非正弦，含有大量低次谐波；（3）能量只能从交流侧传递给直流侧，直流侧能量不能回馈电网；（4）虽然位移因数接近1，但由于输入电流中谐波分量很大，所以功率因数很低，一般只能达到0.65左右；（5）引起电网电压畸变，污染电网。
图1.2所示为三相晶闸管整流电路。
它可以在交流电压不变的情况下，通过改变触发角的大小来改变直流输出电压的大小，即可控整流。
多重化脉冲整流器分析【二重化PWM整流电路分析及仿真】
从上图可以看出：二重化PWM整流器的整流桥是由八支IGBT和八个续流二极管二重联结的功率开关桥式电路。
M整流器为例，研究各种载波移相SPWM调制的调制方法。图2-2为单相两电平PWM整流器的SPWM调制及其调制波形图。
二、设计的内容及要求
（1）多重化脉冲整流器的结构；
（2）多重化脉冲整流器的原理；
（3）多重化脉冲整流器的调制方法研究；
（4）多重化脉冲整流器的MATLAB电路仿真；
（5）相关电路原理图均使用Visio软件绘制。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师(签章)
年月日
多重化脉冲整流器分析
石凌风电气工程及其自动化
第
在电力牵引交流传动系统中，由于大功率的开关器件的开关频率较低，为了提高系统的容量和减小网侧输入电流的谐波含量，通常对脉冲整流器采用多重化技术。多重化技术的原理为：通过变压器耦合的方式将多个相同结构的整流单元按串联或并联的方式结合。对多重化的脉冲整流器的调制采用载波移相技术，其原理为：各单元整流器采用共同的调制波，将各单元整流器的三角载波相位相互依次错开一个相同的相位角 （N为整流器的单元数），然后利用PWM技术中的波形生成方式和载波移相技术中的移相叠加得到阶梯波，这样做的好处是，可以使脉冲整流器的输入电流的高次谐波相互错开，并在变压器一次电流的谐波总量中部分谐波相互抵消。
课程名称：《交流传动及其控制系统》
设计题目：多重化脉冲整流器分析
院系：电气工程系
专业：
年级：
******
学号：
指导教师：
西南交通大学峨眉校区
2016年10月27日
课程设计任务书
专业姓名石凌风学号
pfc电路中并联多个串联大电阻的作用
并联多个串联大电阻在PFC电路中的作用引言功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）是现代电力系统中一个重要的问题。
随着电子设备的普及和使用量的增加，功率因数问题变得越来越严重。
在PFC电路设计中，使用并联多个串联大电阻是一种常见的解决方案。
本文将详细介绍并讨论并联多个串联大电阻在PFC电路中的作用及其原理。
PFC电路概述功率因数是指交流电路中有功功率与视在功率之比。
当负载为纯阻抗时，功率因数为1；而当负载包含非线性元件（如整流器、开关电源等）时，会导致谐波产生，使得功率因数下降。
PFC技术旨在改善低功率因数对电力系统造成的影响。
其基本原理是通过控制输入端对交流电源进行调整，使得输入端看起来更接近于纯阻性负载。
这样可以减少谐波污染、提高能量效率和减少供应线路损耗。
串联大电阻的作用在PFC电路中，并联多个串联大电阻起到了重要的作用，主要包括以下几个方面：1. 提高输入端的阻抗通过串联大电阻可以增加输入端的等效电阻，使得交流电源看到的负载更接近于纯阻性负载。
这样可以提高功率因数并减少谐波污染。
2. 分压降低输入端电压串联大电阻可以将交流电源的输入电压分压，使得PFC控制器能够在合适的工作范围内进行工作。
同时，分压还有助于提高系统的稳定性和可靠性。
3. 抑制谐波非线性负载会引入谐波，而并联多个串联大电阻可以起到抑制谐波的作用。
通过选择合适的参数和设计，可以有效降低系统中产生的谐波水平。
4. 均衡分配功率在并联多个串联大电阻时，合理地设计每个电阻的参数可以实现功率均衡分配。
这样可以避免某些电阻过载而导致故障，并提高整体系统的可靠性和稳定性。
并联多个串联大电阻原理并联多个串联大电阻的原理是将多个电阻串联在一起，然后并联到PFC电路中。
具体原理如下：1.将多个电阻按照一定的顺序串联起来，形成一个串联大电阻网络。
2.将串联大电阻网络与PFC电路的输入端并联连接。
3.在PFC控制器中通过控制开关器件（如MOSFET）的开关状态，调节输出端对输入端的负载。
PFC无损吸收电路运行原理及电路图
PFC无损吸收电路运行原理及电路图描述PFC无损吸收电路运行原理如图所示，这是一个比较基础的无损吸收PFC主电路的原理图。
我们可以看到在该电路系统中，图中B1为整流桥，L1为PFC升压电感，D1为隔直二_极管，S1为开关管，C1，C2，D2，D3和D4，L2组成无损吸收网路，C3为输出滤波电容。
这种PFC的电路运行原理和运行过程的具体分析过程如下：当开关S1断开前，C2中的能量就已经通过D5及L2转移到了C1中，C2的电压降至0。
当开关S1断开时，C2上开始为零电压，L1中的电流通过D3给C2充电，直到D1导通为止。
与此同时，C2的电位通过D4、D5箝位到输出电压。
同时C1通过D2向负载放电，能抑制S1漏极上电压的上升时间，从而充分地保证S1关断在零电压状态下。
当S1合上时，C1的左端通过S1接地，电容C2上的电荷通过D5、L2转移到C1中。
当开关再次关断的时候，重复上述过程。
PFC无损吸收主电路图正常充电模式的充电过程一般在家庭和公共场所进行，正常充电模式的充电功率等级通常为6.6kW，典型的充电时间为5～8小时。
正常充电模式和应急充电模式中的充电功率变换器相类似，正常充电模式也可采用单级AC／DC变换器。
但由于带PFC功能的单级变换器，开关管的峰值电流很大。
在两级变换器中，PFC级可采用传统的Boost升压型电路，开关管采用软开关或硬开关均可。
但为了提高效率，应选择软开关Boost变换器。
传统的AC／DC全波整流电路采用的是整流+电容滤波电路。
这种电路是一种非线性器件和储能元件的组合，输入交流电压的波形是正弦的，但输入电流的波形发生了严重的畸变，呈脉冲状。
由此产生的谐波电流对电网有危害作用，使电源输入功率因数下降。
在本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路（APFC），避免了上述缺点，其电路如图所示。
充电PFC无损吸收主电路设计电动车充电器的变换器工作在高频状态下，会对电网造成谐波污染，必须采取有效措施（如功率因数校正或无功补偿等技术），限制电动车充电器变换器进入电网的总谐波量。
多重化整流技术
如何确定最佳的多重化重数？一、多重化技术多重化整流电路是指将几个整流电路多重联结。
整流电路多重化的主要目的包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。
其实这两者之间是有关联的，随着整流装置功率的进一步加大，它所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路减少交流侧输入电流谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。
将多个方波进行叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。
可以想象，重数越多，阶梯波就越接近正弦波，不过电路结构也越复杂。
多重化技术是大容量变流器提高功率因数和减少谐波的主要方法。
如果要求总功率因数为1，甚至提供超前的无功功率，则一般需使用关断器件的变流器。
对于电流型变流器，多重化技术就是将方波电流叠加，使得输入电流为接近正弦的阶梯波，或提高功率因数。
其连接方式有串联和并联多重化，而控制方式则有移相、顺序控制、非对称控制和滞后超前控制多重化等几种形式。
对于电压型变流器，必须用连接电感和交流电源相连，大都用移相多重化，将方波叠加，使其在网侧产生接近正弦的阶梯波电压，且与电源电压保持适当的相位关系，从而使输入电流为与电源电压同相位的正弦波。
如果需要，可以控制输入电流的相位，使变流器能对无功功率进行补偿。
二、举例说明：（1）多重化逆变器采用基频方波调制(FFM)方式，用低频开关器件实现高压大容量输出，有效减小开关损耗。
根据所用输出变压器及其连接方式和单元逆变桥结构不同可分为3大类，如下图：第1类将图1(a)中各单元逆变桥代之以图1(d)～(g)所示两/三电平逆变桥构成4种曲折变压器串联型多重化逆变器，重数m可为奇数和偶数，相邻两个单元逆变桥的控制信号相位互差/3m rad。
第2类将图1(d)～(g)所示两/三电平逆变桥作为图1(b)中的单元逆变桥构成4种普通变压器串联型多重化逆变器，重数m须为偶数，相邻两个单元逆变桥的控制信号相位互差/3m rad。
pfc控制方法
pfc控制方法PFC控制方法PFC（Power Factor Correction）控制方法是一种用于改善电力系统功率因数（Power Factor）的技术。
在本文中，我们将详细介绍几种常见的PFC控制方法。
1. 前述在介绍各种PFC控制方法之前，首先需要了解功率因数的概念。
功率因数是一个衡量电路有效功率与视在功率之间关系的参数，其值范围从0到1。
当功率因数接近1时，表示电路能够更有效地利用能量，减少能量的浪费。
2. PFC控制方法传统整流电路传统的整流电路通常采用二极管桥整流器来转换交流电压为直流电压。
然而，由于二极管的导通特性，电流会出现脉冲式的波形，导致功率因数较低。
因此，在传统整流电路中，通过添加一个电容器来补偿电流脉冲，并提高功率因数。
Boost型PFC控制方法Boost型PFC控制方法是一种常见的PFC控制方法。
该方法通过使用电感和电容器来改善功率因数。
通过合理的设计电路，将输入电压转换为输出电压，在输入电流的波形上进行控制，以提高功率因数。
Buck-Boost型PFC控制方法Buck-Boost型PFC控制方法是另一种常用的PFC控制方法。
该方法采用了一种称为Buck-Boost转换器的电路。
通过控制开关管的开关时间，可以调整电流波形以改善功率因数。
LCL滤波器控制方法LCL滤波器控制方法使用了L型电感和C型电容器的组合设计来改善功率因数。
该方法通过调整电路中L型电感和C型电容器的参数，来滤除输入电流中的谐波成分，从而提高功率因数。
结论PFC控制方法在现代电力系统中起到了非常重要的作用。
通过采用不同的PFC控制方法，可以改善电力系统的功率因数，减少能量的浪费。
传统整流电路、Boost型PFC控制方法、Buck-Boost型PFC控制方法以及LCL滤波器控制方法是几种常见的PFC控制方法。
请记住，选择适合特定应用的PFC控制方法需要综合考虑因素，并且可能需要进一步的设计和优化。
但无论使用哪种方法，改善功率因数都将为电力系统的高效运行做出贡献。