DCBM模式160瓦功率因数校正器的研制

万方数据
率密度高、 重量轻的开关电源。由于电子开关的非线性， 使电器接口电路的工频输入电流谐波含量很高， 导 致各种电力电子装置的网侧功率因数很低， 随着电力电子系统入网容量的增加， 对电网的影响也越来越严 重。 为了限制电流畸变， 抑制谐波含量， 国际电工组织提出谐波限制标准， 如 <=4""" 0 !。该标准自 #::1 年 简称 7*4； 功率因数校正器 7%>E 起在欧盟国家全面实施， 因此网侧功率因数校正技术 （ 7%>+? *@AB%? 4%??+ABC%D， 成为电力电子技术学科的研究热点。从技术发展来看， 早期的 7*4 侧重于 +? *@AB%? 4%??+AB%? 也简称为 7*4） 采用无源元件， 这类技术泛称无源功率因数校正技术 （简称 77*4） ； 随着技术的发展， 逐渐过渡到采用有源元 件来构成校正电路， 这类技术泛称有源功率因数校正技术 （简称 ;7*4） ， ;7*4 已经成为 7*4 的主流。 7*4 的 主导思想是设法使网侧电流正弦化， 并保持和电网电压同相位， 这样电网接口电路便可以等效为纯电阻。 本文介绍了 7*4 的常见拓扑结构和工作模式， 并以 #-)8 7*4 电路为例， 分析了 7*4 电路的工作原理， 给出了参数的选取方法、 实验波形和结果。
［&］ ， 如图 2 所示。 模式是变频工作方式。本文研制的 &@> 瓦 $%# 采用 (#*8 模式控制， 其工作原理时序
（如 3A 公司 1@=@&） 内部基准信号比较后， 产生一电压误差 $%# 输出电压 .* 的反馈信号与 $%# 控制芯片 信号； 在误差放大器的带宽足够低时 （如 2>BC 以下） ， 该电压误差信号就是一个直流量； 此信号和输入整流电 达到峰值 压相乘后， 得到 $%# 电感峰值电流基准信号 （见图 2） 。开关 3& 开通后， $%# 电感电流 /12 线形上升， 同时向电容 #2 充电， 在电压 .* 的压迫下， 当 电流基准时， 随后 /12 通过二极管 (& 续流， /12 线形下降； 3& 关断； 开关 3& 将再次开通， 开始下一个开关周期。电感电流 /12 经输入滤 $%# 控制芯片检测到电感电流 /12 为零时， 波器 1&、 得到连续光滑的正弦输入电流， 即图 2 中所示的平均电流， 其值为 $%# 电感峰值电流基准 #& 滤波， 的一半。 由于开关 3& 是在电流 /12 为零时开通的， 故开关 3& 是零电流开通 （ D#3） ， 因此 $%# 的开关损耗大为减 二极管 (& 的电流已经为零， 所以 (& 的反向恢复问题也得到解决， 由反向恢复引起 少； 另外由于 3& 开通时， 的损耗将不存在，(& 用普通的二极管即可。因控制简单， $%# 可采用低成本的控制芯片。 由上分析可知， 而且还具有控制简单、 成本低等优点。 (#*8 模式控制的 $%# 不仅变换效率高，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
"#$#%&’( )* -.,+ ,)-#& .%’/)& 0)&&#’/)& 1* 2034 4)5#
23!45 6&7897:
（ !"##$%$ "& ’$()*+,(*# *+- .#$(/0,(*# .+%,+$$0,+% ， 123)"2 4+,5$06,/7 ， 123)"2 1-;,1-， !),+* ）
67$/&%’/： <=> (&?&@&AB ’(C7D(7C> E:F &?>CE(G&: H&F>’ I>C> G:(C&F7D>F G: (=G’ ?E?>C 0 <=> &?>CE(G&: ?CG:DG?@> E:F ?ECEH>8 (>C ’>@>D(G&: &J (=> "#$ G: *$%) H&F> I>C> E:E@BK>F 0 <=> >L?>CGH>:( C>’7@( &J -.,/ "#$ ’=&I’ (=E( (=> "#$ &I:’ (=> EFME:(EA>’ &J =GA= >JJGDG>:DB，=GA= ?&I>C JED(&C E:F @&I D&’( 0 ， 8#9 +)&5$： (&?&@&AB， ?&I>C JED(&C D&CC>D(G&:（ "#$） FG’D&:(G:7&7’ D7CC>:( N&7:FECB H&F>（*$%)）
图&
*++,- $%# 电路结构
图2
$%# 电流断续临界模式控制原理时序
对于 *++,- $%#， 其电感电流 /12 有三种控制方式： 电流连续模式 （ #+4-/45+5, #56674- 8+97， 简称 ##8） 控制、 简称 (#8） 控制、 介于两者之间的电流断续临界模式 （ (/,:+4-/45+5, 电流断续模式 （(/,:+4-/45+5, #56674- 8+97， 简称 (#*8） 控制。 ##8 模式适合较大功率变换场合， 一般输出功率在 =>> 瓦以上； #56674- *+549;6< 8+97， 一般输出功率小于 ?>> 瓦。(#8 和 (#*8 模式相比较， (#8 和 (#*8 模式适合较小功率变换场合， (#*8 模 式的变换效率高， 故小功率场合， 一般多采用 (#*8 模式工作。 ##8 和 (#8 模式是定频工作方式， 而 (#*8
44
苏州大学学报 （工科版）
第!期
共模滤波电感 （图 ! 中未画出） ： "#$%&’()’&； 差模滤波电感 "!： *+,-； .#/ 01123 电感 "%： !4(,-； 全波整流桥 /5!： 50) 6 7’4； 二极管 8!： &9:-’4； 开关管 ;!： （ （ :CD） ； ;: 公司 ;:.!%<=(’#.， !%> ? (’’)， 5@2 A ’ B +’ 输入滤波电容 /!： !,# ? 7’’)； 直流母线输出滤波电容 /%： !’’,# ? 7’’)。 !"! 实验结果 图 + 为输入电压 )E A F’) 时 .#/ 满载输入电压及输入电流实验波形， 图 7 是 )E A %%’) 时的实验波形。 可以看出输入电流波形的正弦性好， 和输入电压基本具有相同相位， 经测定功率因数 .# 值大于 ’ B FF(。可 以注意到输入电流波形在过零点时有一水平平台存在， 这是因为 .#/ 电感峰值电流基准信号是由输出电压 （一个直流量） 和 )E 的输入整流电压相乘后得到的， 而在 )E 的过零点附近， 其整流电压很 )0 的误差放大信号 小， 基本落在整流桥 /5! 的两个二极管上， 所以在过零点附近 .#/ 电感峰值电流基准信号为零。
第 !" 卷第 # 期 !))" 年 ! 月 文章编号： （!))"） #-./ 0 )1.2 )# 0 ))-1 0 )1
苏
州
大
学
学
报 （工
科
版）
$%& ’ !" (%’ # *+,’ !))"
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图(
不同输入电压下 .#/ 满载效率曲线
图 4 F’) 输入电压下 .#/ 不同输出负载时的效率曲线
万方数据
第 1; 卷
张友军： *$%) 模式 -., 瓦功率因数校正器的研制
.O
!
结论
有源功率因数校正器 !"#$ 的常见拓扑是 %&&’( "#$ 电路结构， 其电感电流有 $$)、 *$)、 *$%) 三种控
!))1 0 #) 0 #/ " 收稿日期： 万方数据 作者简介： 张友军 （#:.) 0 ） ， 男， 讲师， 主要研究方向为电力电子变换技术。
第 2= 卷
张友军： (#*8 模式 &@> 瓦功率因数校正器的研制
@=
谐波含量能符合 !"# 标准， 即网侧功率因数 $% 接近于 & 的单管 $%# 方案就应运而生。所谓单管 $%# 电路是 指在单相不控整流电路的出端和负载之间插入一级由一个有源器件组成的 ’$%# 电路。该电路实际上就是 一级 (# ) (# 单象限电路， 几乎每种单象限 (# ) (# 电路都可以构成 ’$%# 电路。尽管可以构成 ’$%# 的电路 结构很多， 但目前应用最广的是 *++,- 电路， 如图 & 所示。交流输入电压 ./ 经整流桥 #0&， 输入滤波器 1&、 #& 后， 通过电感 12、 开关管 3&、 二极管 (& 组成的 *++,- 电路变换为直流母线输出电压 .*。
一般多采用 *$%) 模式工作。本文研制了 制模式。对于 "#$ 输出功率小于 +,, 瓦的较小功率变换场合， 其实验结果表明该 "#$ 具有高效率、 高功率因数及低成本等优点。 -.,/ 采用 *$%) 模式控制的 "#$，