开关电容功率因数补偿模块的研究

参考文献(3条) 1.Liu Jian.CHEN Zhiming A Switched_capacitor Harmonic Compensation Pant for Suifching Supplies 1997(2) 2.Acharya B S.Goscoigne R W.Divan D M Active Power Filter Us ing Resonant Pole Inverters 1989 3.朱瑞 开关电源新技术动态 1994
! ! 随着加入 ./T，对电力电子装置在高性能、小型、轻 量、高功率因数、高性价比、低谐波污染等方面提出越来 越高的要求。整流是电力电子装置的重要环节，元器件参 数设计不当使输入电流波形 畸 变，导 致 大 量 的 谐 波 含 量， 并使功率因数很低，影响电网及用电器的稳定工作，采用 功率因数补偿网络可以解决上述问题。 采用开关电容网络功率因数补偿模块，既具有无源滤 波器结构简单，成本低廉的特点，又具有有源滤波器体积 小重量轻的优点。
采用类似 的 方 法 还 分 别 得 出 了 输 出 功 率 为 1’ : 和 !) :的电子镇流器用开关电容功率因数补偿电路的优化设 计参数和各项指标。
’" 结论和展望
开关电容功率因数补偿模块是一种结构简单、成本低 廉的电路，能够有效地抑制输入电流中的谐波含量、提高
《 现代电子技术》 !""# 年第 $% 期总第 !"# 期
功率因数。 采用 !"#$%& 仿真的方法可以在输入电流谐波含量、输 出电压脉动系数和电路损耗几个指标的折衷中获得优化设 计结果。 本工作所采用的是二阶串并电容组合结构开关电容网 络，而对于基于其他开关电容网络的功率因数补偿电路还 有待今后研究和探索。
(
!嵌入式与单片机"
图 -( ’+ 0 开关电容功率因数补偿电路的 输入电流的仿真波形
!" 优化设计
开关电容功率因数补偿电路的设计，需要在输入电流 谐波含量、输出电压脉动系数和电路损耗几个指标的折衷 中，妥善选取各个元器件取值。 对于输出功率为 &’ ’ 的电子镇流器， + , " %&’ !，经 过反复仿真和调整，得出开关电容功率因数补偿模块的参 数为：-! . -" " !) "(，/ " %’’ !，其输入电流和输出电压 万方数据 )%
收稿日期：4$$% $& #X
图 #!
开关电容功率因数补偿模块
65
仿真研究
采用解析的方法分析开关电容功率因数补偿模块比较
困难， 通过 ’()*+, 仿真的方法来进行电路参数的优化设计。 由图 4 ’ 图 & 的仿真波形可知， 当 $ 和 % & 不变时， 随着
万方数据
%"
嵌入式技术
李# 磊等：开关电容功率因数补偿模块的研究
# " ! "， $ % " %&’ " !! " !" " )’ !$， 输入、 输出波形
图 (# !! " !" " "’ !$， # " ! "， $ % " %&’ " 输入、 输出波形
由图 ) & 图 * 的仿真波形知， 当 !! ， !" 和 $ % 不变时， #可 以充分抑制电流波形的 “ 上冲” ， 取值越大对输入电流波形改 善越明显， 这是所期望的； 但 # 取值越大， 电路的损耗也就越 高， 从而降低了电源的工作效率， 这是不希望的。
相似文献(4条) 1.学位论文 刘健 单相不连续导电模式单位功率因数开关变换器研究 2000
分别采用功率匹配的方法和等效电流源的方法,对含功率因数校正(PFC)环节的单位 功率因数单相开关变换器的输出电压纹波进行了深入分析,得出对于各种拓扑结构 的单位功率因数单相开关变换器和各种控制方法均适用的统一表达式.结果表明:单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波取决于输出电流和输出滤波电容的大小,而 与所采用的控制方式无关.从能量的角度,对单级boost-buck组合变换器和单级boost正激组合变换器进行了分 析,获得了其临界条件以及输入电流等的严格解析表达式化 简为非常便于利用的形式.实验结果验证了理论分析的正确性.从能量的角度,对单级boost-buck组合变换器和单级boost 正激组合变换器在输入电感处于DCM、输出电感处 于DCM和CCM两种情形分别进行了稳态分析 ,获得了其中间电容电压、输出输入电压变比等的解析表达式,并且指数函数近似的方法,将上述表达式化简为非常便于利用的形 式.实验结果验证了理论分析的正确性.论述在闭环反馈控制下,输入环节工作在不连续导电模式(DCM)时单级功率因数校正(PFC)组合变换器的稳定性,讨论通过脉冲宽度调 节使变换器的输出电压能够维持在期望的电压范围之内的条件,以及满足条件的输入电压动态范围和负载变化范围.并采用上述方法对一个PFC DCM boost-buck变换器进行 了理论分析与实验研究,实验结果表明理论分析的正确性.论述开关电容boost-buck DC-DC PFC电路的组成、临界条件、输出输入电压变比等,研究基于开关电容网络并采 用变结构控制扩大单级不连续导电模式PFC组合变换器的稳定范围的方法.
图 )# !! " !" " !’ !$， # " ! "， $ % " %&’ " 输入电流、 # 的损耗波形
表 #" $% & 开关电容功率因数补偿电路的各项指标 ) /23 4 25 (’&; "(1 * /23 4 6 ""!; "0 + 789 4 : )&; 01 效率 ’; %& 功率因数 ’; 00! , ’; )!
2.期刊论文 程红丽 开关电容boost-buck功率因数校正组合开关变换器 -微电子学2001,31(5)
文章提出了一种基于开关电容网络的boost-buck组合开关变换器，当其输入环节工作在不连续导电模式(DCM)时，具有功率因数校正(PFC)功能。详细分析了这类变换 器的工作原理、临界条件、输入输出电压变比以及各器件的应力。实验结果与理论分析相符。
作者简介( 李( 磊( 男，)1.1 年出生，江苏人，西安科技大学通信与信息系统专业硕士研究生。 张瑞先( 女，)1-) 年出生，河北人，西安科技大学通信与信息系统专业硕士研究生。
万方数据
/1
开关电容功率因数补偿模块的研究
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 李磊， 张瑞先， 姜志成， LI Lei， ZHANG Ruixian， Jiang Zhicheng 西安科技大学,通信与信息工程学院,陕西,西安,710054 现代电子技术 MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 2005，28(14) 0次
!"#$%&’$ ：/@, D,E@CF CG *D)HCM*>A E@, )CP,H G=+ECH CG H,+E*G*,HN QO NP*E+@,F +=)=+*ECH ’CP,H R=+ECH BCHH,+E*C>（ ’RB）+*H+;*E *N F*N+;NN,FS T> E@, Q=N*N CG =>=JON*>A E@, Q=N*+ )H*>+*)J, CG NP*E+@,F +=)=+*ECH )CP,H G=+ECH +CHH,+E*C> +*H+;*E， ’()*+, N*D;J=E*C> *N ;N,F EC C)E*D*U, E@, ’RB +*H+;*E GCH ,J,+EHC>*+ Q=JJ=NE CG -$.， &$. =>F #%.， H,N),+E*M,JOS 2 @OQH*F *>F,< CG *>+H,=N*>A E@, *>);E )CP,H G=+ECH =>F ,GG*+*,>+O =>F H,F;+*>A /CE=J 8=HDC>V *+ W,AH,,（ /8W）=>F C;E);E H*))J, MCJE=A, =H, ;N,F *> E@, C)E*D*U=E*C>S /@, H,N;JEN P*E@ )H=+E*+=J M=J;, =H, CQE=*>,FS ()*+,%-#：NP*E+@,F +=)=+*ECH；)CP,H G=+ECH；@=HDC>*+ F*NECHE*C>；N*D;J=E*C>；,J,+EHC>*+ Q=JJ=NE
45 基本原理
开关电容功率因数补偿模块电路组成和输出电压 !$ 的 波形如图 # 所示。 图中 "# ， " 4 与 #% ， #- ， #" 和 $ 组成补偿电 路，% & 为电子镇流器的等效输入负载。 如图 # 所示， 开关电容功率因数补偿电路在每半个工频 周期内具有 1 个工作状态： 在状态 ! 下输出电压以正弦规律逐步增加， 在此阶段 电源与 "# ， #- ， "4 和 $ 组成串联充电电路， 并 ## 和 #4 导通， 向 % & 提供能量。 在状态 " ， 输出电压以正弦规律下降， 对于普通的整流 电路而言， ## ， #1 反向截止， 但该电路有所不同。 电容 "# 和
图 ’(
!) " !* " *+ !,， # " )++ "， $ % " -’+ " 输入电流、 # 的损耗波形
图 1( ’+ 0 开关电容功率因数补偿电路的 输出电压的仿真波形 参( 考( 文( 献 ［ ) ］ 234 5$67，89:; <=$>$7?@ A "B$C%=&D E %6#6%$CFG 96G>F7$% 8F>H #&7I6C$F7 !67C JFG "K$J%=$7? "K##L$&I ［ 5 ］ @ 5 FJ 8F>#KC， 5， "%$&7%& M N&%=7FLF?O，)11. ，)* （ * ） ：)-1 )1*@ ［ * ］ A%=6GO6 P "，QFI%F$?7& R 0，S$T67 S U@ A%C$T& !FB&G ,$LC&G 图 .( !) " !* " /+ !,， # " )+++ "， $ % " -’+ " 输入电流、 # 的损耗波形 4I$7? R&IF767C !FL& 37T&GC&GI ［ A ］ @ 37 3::: V 3A" A77K6L U&&C$7?， )1-1 ，1’.@ ［ W ］ 朱瑞 @ 开关电源新技术动态［ 5］ @ 微电子学，)11X@
!"#$% &’ !()"*+,$ -./.*)"&0 1&(,0 2.*"&0 -&00,*")&3 -)0*#)"
56 5,*，78209 :;*<*=>，?6209 7@*+@,>A
（ BCDD;>*+=E*C> =>F 6>GCHD=E*C> I>A*>,,H*>A BCJJ,A,，3*K=> L>*M,HN*EO CG (+*,>+, =>F /,+@>CJCAO，3*K=>， "#$$%& ，B@*>=）
《 现代电子技术》 !""# 年第 $% 期总第 !"# 期
!
!嵌入式与单片机"
开关电容功率因数补偿模块的研究
李! 磊，张瑞先，姜志成
（ 西安科技大学 通信与信息工程学院! 陕西 西安! "#$$%& ） 摘! 要：论述了采用开关电容功率因数补偿模块改善整流装置的输入电流波形的方法。在对工作原理进行分析的基础上， 采用 ’()*+, 仿真的方法，综合以提高输入端功率因数和转换效率、降低输入电流谐波含量和输出电压脉动系数为目标，分别对 输出功率为 -$ .， &$ . 和 #% . 的具有开关电容功率因数补偿模块的电子镇流器的参数进行优化，得到了具有实用价值的结 果。 关键词：开关电容；功率因数；谐波畸变；仿真；电子镇流器 中图分类号：/0"1! ! ! ! ! 文献标识码：2! ! ! ! ! 文章编号：#$$& 1"13（ 4$$% ） #& $%" $1
波形分别如图 % 和 0 所示。 电路各项指标如表 ! 所示。
!! ， !" 的增大， 输入电流的波形发生畸变程度越来越大， 即 谐波含量越来越大， 是不希望的； 但与此同时输出电压的脉 动程度减弱， 这是所希望的。
图 1# 图 "# !! " !" " ! !$， # " ! "， $ % " %&’ " 输入、 输出波形
Hale Waihona Puke Baidu
#" ， "4 和 #% 组成并联放电回路， #- 反向截止。 由于满足电压 #1 继续导通， 从而扩大了整流二极管的导通 关系， 所以 ## ， 角， 抑制了输入电流中的谐波含量、 提高了功率因数。 "4 开始放电， 此时 #% ， #" 导电， 由于电压 在状态 #， "# ， 的下降速度超过了 "# ， "4 的放电速度， 因此 ## ， #1 截止。