PWM整流和有源功率因数校正
三相电压型PWM整流器及其控制的设计_毕业论文 精品
华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University毕业论文Graduation Thesis（2009 —2013 年）题目：三相电压型PWM整流器及其控制的设计分院：电气与信息工程分院专业：电气工程及其自动化1摘要传统的二极管不可控整流器和晶闸管半控整流器输出的直流电压存在不同程度的波动，需要体积庞大的滤波装置、电网电流畸变率大、谐波含量大等缺点。
直流电压波动太大给负载带来了不良影响、滤波装置体积庞大会导致整流器笨重并且设备占地面积增大、电网电力畸变率大谐波含量高从而需要无功补偿装置，这些都增大了传统整流器的设计与运行成本。
本文从实际出发，首先介绍了三相电压型PWM整流器的发展史，电路的拓扑结构，以及电路的控制策略。
深入的研究了PWM整流器的数学模型，得到了一些有用的结论，重点研究了PWM整流器的控制策略，即SVPWM调制策略，设计了相应的控制器。
在MATLAB中搭建了仿真模型，仿真结果表明了所建立的控制系统是有效的，能够稳定三相电压型PWM整流器直流侧的直流电压，在负载突变后，也能很好的调节的直流电压保持不变，并且电网电流与电压同相，实现了单位功率因数运行。
关键字：PWM整流；SVPWM调制；仿真；单位功率因数AbstractTraditional controlled rectifier diode and thyristor half controlled rectifier output of the DC voltage varying degrees of volatility, the need for bulky filtering device, grid current distortion, harmonic content and other shortcomings. DC voltage is too volatile to the load brought adverse effects the filtering device bulky lead to rectifier bulky and equipment covers an area of increased, Power Grid distortion rate of high harmonic content and reactive power compensation device, which are increased conventional rectifier design and operating costs.From reality, this paper first introduces the history of the development of the three-phase voltage-type PWM rectifier circuit topology, and circuit control strategy. In-depth study of the mathematical model of PWM rectifier, got some useful conclusions, focus on the PWM rectifier control strategy, SVPWM modulation strategy, design the controller. In MATLAB to build a simulation model, the simulation results show that the established control systems are effective, stable three-phase voltage-type PWM rectifier DC side DC voltage, load mutation, can be well regulated DC voltage remains unchanged and the same phase of the grid current and voltage, to achieve unity power factor operation.Key words: PWM rectifier; SVPWM modulation; simulation; unity power factor3目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)目录 (3)第1章绪论 (1)1.1 课题的研究背景与意义 (1)1.1.1 谐波的危害和抑制 (1)1.1.2 功率因数校正技术 (2)1.2 PWM整流器国内外研究现状 (2)1.2.1 PWM整流器的分析与建模 (3)1.2.2 三相PWM整流器控制技术的研究 (3)1.2.3 PWM整流器拓扑结构的研究 (3)1.2.4 PWM整流器系统控制策略的研究 (3)1.3 电压型PWM整流器的控制技术 (4)1.4 本文的主要研究内容和重点 (4)第2章三相PWM整流器的原理及其数学模型 (5)2.1 PWM整流器的基本原理 (5)2.1.1 三相PWM整流器拓扑结构 (5)2.2.1 ABC静止坐标系下的低频数学模型 (7)2.2.2 两相坐标系下的低频数学模型 (9)2.2.3 PWM整流器高频通用数学模型 (11)2.2.4 两相dq坐标系的PWM整流器高频数学模型 (14)第3章三相电压型PWM整流器的控制 (17)3.1电压型PWM整理器的电压空间矢量控制技术 (17)3.2 SVPWM算法在MATLAB中的实现 (17)3.2.1 参考电压矢量所在扇区N的判断 (18)3.2.2 不同扇区两相邻电压空间矢量的作用时间 (22)第4章三相电压型PWM整流器的建模和仿真 (25)4.1 三相VSR直流电压控制 (25)4.2PWM整流器整体仿真 (27)第五章结论与展望 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 课题的研究背景与意义近十几年来，随着电力电子装置的谐波污染受到愈来愈广泛的重视，随着用电设备谐波标准和电机系统节能工程的推广实施，必将会很大程度上促进对PWM 整流器的发展。
功率因数校正
功率因数校正摘要：提高功率因数是开关电源一个重要指标，由UC3854构成的控制电路有电路简单、成本低、功率密度高，在中小功率场合得到了广泛应用。
关键词：功率因数乘法器UC3854引言国际标准IEC555――2中关于谐波限制标准和电磁兼容（EMC 法规对传统采用的桥式整流和大电容量滤波电路从工频市电变换为直流电源的方法提出了限制。
这是因为该交流/直流变换方式不仅输出电压极不稳定，效率很低，负载功率被限制在2KW以下，而且更主要的是会导制交流输入电流波形出现严重畸变，功率因数在0.7以下。
随着绿色电子产品的发展，近年来功率因数校正(PFC)技术获得了广泛的应用。
象开关电源、电子镇流器和变频调速器等产品，采用PFC技术日益成为强制性的要求。
第一章有源功率因数校正技术1.1：有源功率因数校正电路组成有源功率因数校正APFC是抑制电流谐波，提高功率因数最有效的方法，其原理框图如图1所示。
交流输入电压经全波整流后，再经DC/DC变换，通过相应的控制使输入电流的平均值自动跟随全波整流电压基准，同时保持输出电压稳定。
APFC电路有两个反馈控制环：输入电流环使DC/DC变压器的输入电流与全波整流电压波形相同，输出电压环使DC/DC变换器的输出电压稳定。
1.2: 主电路的拓扑结构APFC的主电路拓扑结构采用DC/DC开关变换器。
其中升压式(BOOST)变换器由于电感连续、储能电感也作滤波器抑制RFI和EMI噪声、电流波形失真小、输出功率大及共源极使驱动电路简单等优点，常常作为主电路的拓扑形式。
第二章1800W 100KH PFC 电路设计(原理图见附图)2.1: 性能指标输入：AC220V±15% 50±2HZ输出功率：POUT=1800W输出电压：V OUT=400V开关频率：F S=100KH。
2．2: 主电路的设计1．电感的设计电感在PFC电路设计中相当重要，它决定了输入电流中高频纹波电流的多少。
有源功率因数校正 总结
有源功率因数校正一、功率因数的定义功率因数PF 定义为：功率因数（PF ）是指交流输入有功功率（P ）与输入视在功率（S ）的比值。
PF ＝SP ＝R L L I U I U φcos 1=RI I 1cos φ= γcos φ （1） 式中：γ：基波因数，即基波电流有效值I 1与电网电流有效值I R 之比。
I R ：电网电流有效值I 1：基波电流有效值U L ：电网电压有效值cos Φ：基波电流与基波电压的位移因数在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值I R 与基波电流有效值I 1相等，基波因数γ=1，所以PF ＝γ·cos Φ＝1·cos Φ＝cos Φ。
当线性电路且为纯电阻性负载时，PF ＝γ·cos Φ＝1·1＝1。
二、有源功率因数校正技术1．有源功率因数校正分类（1）按电路结构分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式（boost ）。
其中升压式为简单电流型控制，PF 值高，总谐波失真（THD ：Total Harmonic Distortion ）小，效率高，适用于75W~2000W 功率范围的应用场合，应用最为广泛。
它具有以下优点：● 电路中的电感L 适用于电流型控制● 由于升压型APFC 的预调整作用在输出电容器C 上保持高电压，所以电容器C 体积小、储能大● 在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数● 输入电流连续，并且在APFC 开关瞬间输入电流小，易于EMI 滤波 ● 升压电感L 能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性（2）按输入电流的控制原理分为：平均电流型（工作频率固定，输入电流连续）、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型。
图1 输入电流波形图其中平均电流型的主要有点如下：●恒频控制●工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。
●能抑制开关噪声●输入电流波形失真小主要缺点是：●控制电路复杂●需用乘法器和除法器●需检测电感电流●需电流控制环路EMI：电磁干扰（Electromagnetic-interference）（3）按输入电流的工作模式分为：连续导通模式CCM(Continuous Conduction Mode)和不连续导通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)。
《信号电源》习题及答案
一、填空：（本大题共30题，每小题2分，共60分）（1-1-1）1.信号设备对供电的三大基本要、、安全。
（1-1-2）2.信号设备中的、、调度集中、 TDCS 、驼峰信号设备、计算机联锁的各项设备等都是一级负荷。
（1-1-3）3.一级负荷由第一类电源供电时，一般不需要另设，但要求自动或手动转换两路电源时，供电中断时间不大于S，以面在使原吸起的继电器落下而影响行车。
( 1-1-4) 4.交流供电电压波动，一般在 380v 供电母线上为，因一般供电变压器输出为 400 v ，已提高了 5 % ，所以实际上允许的交流供电电压波动围为。
（1-1-5）5.为保证供电可靠按__________与_______的关系划分供电等级，以便管理，并设置备用电源。
(2-1-1) 6.变压器按相数分为:和。
（2-1-2）7．在信号电源设备中变压器主要用于、、调压和测量。
（2-1-3）8．变压器的主要部件是由和组成。
（2-1-4）9．变压器在传递能量的过程中将产生损耗，损耗可分为铁耗铜耗两类。
通常变压器的空载损耗指的是，而短路损耗指是。
（2-1-2）10．按现象来分，变压器的过渡过程基本上可分为和两种。
（2-2-1）11．三相绕组的三个末端联在一起，而把它们的首端引出来，就是接法；把一相绕组的末端和另一相绕组的首端联在一起，顺次联接成一闭合回路，就是接法。
（3-1-1）12．在对称的三相绕组以的三相交流电流时，就产生了。
（3-1-2）13．电动机的电磁制动多采用的方法。
（3—1-1）14．采用各种低电压器来构成和电路，以迅速而准确地进行自动控制，并保证安全。
（3—1-2）15．信号电源设备中只用的交流接触器。
（4—1-1）16．感应调压器可分为和两种，信号电源设备中所用的都是干式的。
（4—1-2）17．在用作交流稳压器的场合，调压器通常采用联接方法。
（4—2-1）18．自动补偿式交流稳压器最初是由和组成。
（4-2-2）19．由非线性电感与线性电容器所组成的串联或并联电路，可通过改变外加使电路达到谐振。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
PWM整流器及其控制策略的研究
PWM整流器及其控制策略的研究一、概述PWM整流器是现代电力电子系统中不可或缺的一部分，它是一种能够将交流电转换为直流电的电力电子装置。
其主要作用是将交流电源中的电能转换为直流电源，以供电力电子系统中的各种负载使用。
PWM整流器的基本原理是利用开关管的开关控制，将交流电源中的电能转换为直流电源。
在PWM整流器中，开关管的开关频率非常高，一般在几千赫兹到几十千赫兹之间，这样可以有效地减小开关管的损耗，提高整流器的效率。
同时，PWM整流器还可以通过控制开关管的占空比来调节输出电压和电流，从而实现对负载的精确控制。
在PWM整流器的控制策略中，最常用的是基于电流控制的方法。
这种方法主要是通过对电流进行反馈控制，来实现对整流器输出电压和电流的精确控制。
在实际应用中，电流控制方法可以分为两种，一种是基于平均电流控制的方法，另一种是基于瞬时电流控制的方法。
还有其他控制策略，如基于电压控制的方法、基于功率控制的方法等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用场景来选择合适的控制策略。
随着电力电子技术的发展，PWM整流器在新能源、电力牵引、电力电子变换等领域的应用越来越广泛。
其具有高效率、低谐波、快速响应等优点，但其控制策略的设计是整个系统性能的关键。
对PWM整流器及其控制策略进行研究具有重要意义。
1. PWM整流器概述PWM（脉冲宽度调制）整流器是一种先进的电力电子装置，其主要功能是将交流（AC）电源转换为直流（DC）电源。
与传统的线性整流器相比，PWM整流器具有更高的效率和更好的动态性能。
这种整流器利用PWM技术，通过快速开关电力电子开关（如IGBT或MOSFET）来控制电流的波形，从而实现对输入电流的有效控制。
PWM整流器主要由三相桥式电路、滤波器和控制电路组成。
三相桥式电路负责将AC电源转换为DC电源，滤波器则用于滤除输出电压中的高频谐波，而控制电路则负责根据输入电压和负载条件调整PWM 信号的占空比，从而实现对输出电压和电流的精确控制。
电流型PWM控制器功率因数校正方法。。。
电压型PWM是指控制器按反馈电压来调节输出脉宽，而电流型PWM是指控制器按反馈电流来调节输出脉宽。
电流型PWM是在脉宽比较器的输入端，直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型PWM控制器。
1 双环电流型PWM控制器工作原理双环24V电源电流型脉宽调制（PWM）控制器是在普通电压反馈PWM控制环内部增加了电流反馈的控制环节，因而除了包含电压型PWM控制器的功能外，还能检测开关电流或电感电流，实现电压电流的双环控制。
双环电流型PWM控制器电路原理如图1所示。
从图1可以看出，24V电源电流型控制器有两个控制闭合环路：一个是输出电压反馈误差放大器A，用于与基准电压比较后产生误差电压;另一个是变压器初级（电感）中电流在Rs上产生的电压与误差电压进行比较，产生调制脉冲的脉宽，使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。
/520010/星战风暴系统工作过程如下：假定输入电压下降，整流后的直流电压下降，经电感延迟使输出电压下降，经误差放大器延迟，Vea上升，占空比变化，从而维持输出电压不变，在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降，电感电流的斜率di/dt下降，导致斜坡电压推迟到达Vea，使PWM占空比加大，起到调整输出电压的作用。
由于既对电压又对电流起控制作用，所以控制效果较好在实际中得到广泛应用。
2 双环电流型PWM控制器的特点a）由于输入电压Vi的变化立即反映为电感电流的变化，不经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度（电流控制环），因而使得系统的电压调整率非常好，可达到0.01%/V，能够与线性移压器相比。
b）由于24V电源双环控制系统内在的快速响应和高稳定性，反馈回路的增益较高，不会造成稳定性与增益的矛盾，使输出电压有很高的精度。
有源功率因数校正的应用要点
有源功率因数校正的应用一、概述1、电网谐波问题及有关标准的提出随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多。
如各种换流设备、变频装置、电弧炉、电气化铁道等非线性负荷遍及全系统，而程控交换机、电视机、高频逆变焊机、电子镇流器等信息设备、办公自动化设备和家用电器的使用越来越广泛。
这些非线性负荷产生的谐波电流注入到电网，使公用电网的电压波形产生畸变，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中各种电气设备的安全运行。
其危害概括起来有以下几个方面：①可能使电力系统的继电保护和自动装置产生误动或拒动，直接危及电网的安全运行。
②使交流供电设备(如交流发电机、UPS 等输出功率的利用率降低，并使输电线上的损耗增大，造成了紧缺资源的严重浪费。
③使三相四线制电网中的三次及其倍数次谐波在中线同相位，导致合成后中线电流很大，甚至可能超过相电流。
但由于安全标准规定中线无保护装置，因此可能过热起火发生安全事故。
④使各种电气设备产生附加损耗和发热、使电机产生机械振动和噪声。
⑤电网中谐波通过电磁感应、电容耦合、以及电气传导等方式，对周围的通讯系统产生干扰、降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通讯设备。
⑥谐波使电网中广泛使用的各种仪表，如电压表、电流表、有功及无功功率表、功率因数表、电度表等产生误差。
为消除此类误差，会大大增加制造成本。
⑦增加了电网中发生谐波谐振的可能性，造成很高的过电压或过电流，从而引起安全事故。
由于电网谐波的诸多危害，国际社会已于上世纪八十年代和九十年代初制定了一些与此相关的标准，以期尽量消除或降低其危害，如IEC1000-3-2、IEEE-519、IEC555-2、EN60555-2、MIL-STD-1399、Bellcore001089等。
我国也为此于上世纪八十年代研究对策，做了很多准备工作，并于1993年正式颁布了GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准，1998年又制定了GB17625.1-1998标准。
有源功率因数校正技术简介
有源功率因数校正技术简介摘要：随着电力电子装置的使用，电网中的谐波含量越来越多，功率因数校正技术在近些年来成为研究热点，可分为有源功率校正和无源功率校正。
其中，有源功率校正装置具有体积小、效率高等优点，本文对有源功率校正技术在buck、boost、buck-boost、flyback以及软开关等电路拓扑中的应用做了简单的介绍。
关键词：有源功率因数校正、buck、boost、buck-boost、软开关1引言近20年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。
电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中产生大量电流谐波和无功污染了电网，成为电力公害。
电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。
20世纪90年代以来，世界上许多国家和国际组织都对电力电子产品的功率因数及谐波成分作了限制。
为了使电力电子产品的功率因数及谐波成分满足上述的规定和标准，可在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，使输入电流为正弦波，从而提高功率因数，这就是有源功率因数校正技术。
有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，简称APFC）技术由于变换器工作在高频开关状态，而具有体积小、重量轻、效率较高、输人电压范围宽、THD小和功率因数高等优点，因此在现代电力电子技术中得到了广泛的应用。
2 有源功率因数校正的基本原理APFC又称为有源开关型补偿法，现今得到推广的APFC是DC/DC变换型电流整形方法，由于其主体为高频DC/DC变换器，所以也称为高频APFC。
高频APFC的基本思想是：将输入交流电压进行全波整流，然后对全波直流电压进行DC/DC变换，通过适当控制，使输入电流平均值自动跟踪全波直流电压的基准，且保持输出电压稳定，从而实现恒压输出和单位功率因数。
图1有源功率因数校正原理框图图1为这种电路的原理框图，其中，整流器为单相桥式不可控整流器，主电路采用DC/DC 变换电路，控制电路内部包含有一个电压误差放大器、一个电流误差放大器、一个模拟乘法器和一个固定频率的PWM控制器。
整流电路的有源功率因数校正研究
整流电路的有源功率因数校正研究一．实验目的1．熟悉整流电路功率因数的定义，提高功率因数的意义以及功率因数校正的基本原理。
2．掌握BOOST功率因数校正器（PFC）的组成、工作原理、特点及调试方法。
3．熟悉功率因数校正集成控制电路UC3854的组成、功能、工作原理与使用方法。
二．实验内容1．PFC集成控制电路芯片UC3854性能测试。
（1）芯片的开启电压与关断电压。
（2）振荡频率（3）限流保护功能（4）软起动性能（5）输出PWM波形（6）8脚、9脚与11脚的电压2．有与无PFC电路时的交流输入电压与电流波形测试。
3．交流输入电路的位移因数测试。
4．不同振荡频率时的交流输入电流的高频谐波测试。
5．输入电压调整率（抗电压波动能力）测试。
6．负载调整率（抗负载波动能力）测试。
三．实验系统组成及工作原理目前使用的绝大部分整流电路均采用二极管整流与滤波大电容相结合的电路结构形式，这种AC/DC变换电路的输入电压虽为正弦波，但输入电流却发生了畸变，为图2—11所示，输入电流的非正弦化，导致电流的总谐波失真（THD）高和功率因数（PF）低。
有源功率因数校正技术的基本思路是在整流电路的滤波电容与负载之间增加一个功率变换电路，将整流电路的输入电流校正成与电网电压同相的正弦波，从而消除了谐波和无功电流，因而可使电网功率因数提高到近似为1。
V i图2-11 输入电压电流波形实验系统原理框图如图2-12所示系统主电路采用BOOST 升压电路，控制电路采用功率因数校正专用集成芯片UC3854，为图中虚线部分所示，该芯片内部主要包含电压误差放大器VA 及基准电压Vref ，电流误差放大器CA ，乘法器M ，脉宽调制器和驱动器等。
由上述系统原理框图可见，该BOOST 功率因数校正电路是一个双闭环控制系统。
内环是控制i d 的电流环、外环则是控制输出电压V O 的电压环，即检测直流输出电压V O 并和指令电压Vref 相比较，偏差通过电压调节器VA 进行放大，其输出为反映负载大小的电流信号i L 。
通信专业实务(设备环境)练习及答案
通信专业实务第一章通信电源系统概述一、单项选择题1．通信设备用交流电供电时，在通信设备的电源输入端子处测量的电压允许变动范围为额定电压值的( B ) A．-5%~+5% B．-10%~+5% C．-10%~+10% D．-15%~+10%2．通信电源设备及重要建筑用电设备用交流电供电时，在设备的电源输入端子处测量的电压允许变动范围为额定电压值的( D )A．-5%~+5% B．-10%~+5% C．-10%~+10% D．-15%~+10%3．交流电的频率允许变动范围为额定值的( B )以内A．±3% B．±4% C．±5% D．±6%4．交流电的电压波形正弦畸变率不应大于( C )A．3% B．4% C．5% D．6%5．直流供电系统目前广泛应用( B )供电方式A．串联浮充 B．并联浮充 C．混合浮充 D．其他二、多项选择题1．直流基础电源是指( ABCD )组成的直流供电系统。
A．整流器 B．蓄电池 C．监控设备 D．直流配电设备2．并联浮充供电方式的特点是( ABCD )A．结构简单 B．工作可靠 C．供电效率较高 D．浮充工作状态下，输出电压较高；当蓄电池单独供电时，输出电压较低3．典型的直流系统设备有( ABC )A．整流器设备 B．蓄电池组 C．直流配电设备 D．UPS4．通信设备用电以直流电源为主，可分为( CD )A．-48V B．+48V C．基础电源 D．机架电源5．通信电源系统的发展趋势有( ABCD )A．实施分散供电 B．电源设备与通信设备的一体化C．提高交流供电系统可靠性 D．电源设备的少人值守和无人值守三、简答题1．简述通信设备对电源系统的基本要求。
答：通信设备对电源系统的基本要求有：供电可靠性、供电稳定性、供电经济性和供电灵活性。
其中电源系统的可靠性包括不允许电源系统故障停电和瞬间间断这两方面的要求。
2．简述通信电源系统的构成。
第4章有源逆变电路和PWM整流电路
整流输出电压/电流的计算：
•
3 B I d 3 B I d U d 1.17U 2 cos a 1.17U 2 cos a 2 2
（4-3）
Id=（Ud-E)/R
（4-4）
------Ud为负值 Id为正值（注意代入公式时E为负值）
2.三相全控桥式整流电路
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
2、单相PWM整流器模型及原理分析
PWM整流器的模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组 成。其中，交流回路包括交流电动势e以及网侧电感L等；直流回路包括负 载电阻RL及负载电动势eL等；功率开关管桥路可由电压型或电流型桥路组 成。 不计功率开关管桥路的损耗时，由交、直流侧的功率平衡关系得：
O
wt = = 4
ucb uab uac ub c ub a uca
3
= 6
ucb uab uac ub c ub a uca ucb uab uac ub c
ud uab uac ub c ub a uca
w t1 w t2 w t3
O
wt
=
3
= 4
= 6
3. 逆变产生的条件
1 0 u10 u20 VT2 2 ud iVT u20
2
VT1 iVT
1
L ud ç Ä µ Ü id R + M EM ud Ud>EM u10
1 0
VT1 iVT VT2
1
L ud ç Ä µ Ü iVT
2
id
R M EM +
2 u20
a
u10
u10
u10
O id=iVT +iVT
几种功率因数校正的新方法
用付立叶变换得到的各个奇次谐波量值与标准比较如图4（b）所示。
这种最大值为5A的电流波形，相应于1000W的输入功率其基波电流为4.3A，三次谐波电流为1A，标准限制值是2.3A。
其它各个奇次谐波电流含量，都低于标准规定要求。
采用升压变换器拓扑结构，利用微控制器可以获得符合标准要求的非正谐波电流，同时能得到稳定的DC输出电压，并提供各种安全保护功能。
采用升压式PFC拓扑结构，在同样的输出功率下，有较小的输出电流，从而可使用较小的输出电容和电感元件。
图5示出的是一种基于标准ST90E30微控制器和UC3843电流型PWM控制器的数字PFC 升压式预调节器电路原理图。
PFC升压变换器的输入电压（即全桥整流100HZ正弦半波脉动电压）经R1和R2组成的电阻分压器取样被ST90E30检测。
变换器DC输出电压通过R3和R4组成的电阻分压器采样，也被微控制器A/D转换器的一个信道检测。
DC输出电压的设定值，被存储在微控制器的存储器中。
变换器的DC输出电压调节环路的作用是保持DC输出电压不随负载变化而波动。
数字PFC升压变换器的电流调节环路以UC3843的比较器、触发器及其脚6输出驱动的功率开关MOSFET（Q）为基础，用作控制电流波形。
电压调整环路给出一个经RC滤波的PWM电压参考VREF，并与Q源极电阻Rsense上的电流感测电压进行比较，以确定在功率MOSFET中的峰值电流限制值IL。
微控制器提供时钟信号，用作使功率MOSFET中的PWM电流同步。
在时钟上升沿上，触发器置位，Q导通，通过升压电感L的电流增加。
当电流达到由VREF给定的限制值IL时，触发器通过比较器复位，Q截止。
为使电流波形与AC电压同步，通过微控制器A/D转换器的一个通道AC电压过零检测，并利用软件作支持，及时调节占空因数，对静态和动态误差进行补偿，以获得如图4（a）所示的电流波形。
对于图5所示的数字PEC升压变换器，当输出DC电压为400V和输出功率为400W时，其AC 输入电流IAC、桥式整流电压Vbridge和DC输出电压Vo与未采用PFC时的波形比较如图6所示。
三相高功率因数PWM整流器的设计
的软 启 动 装 置 。 直 流侧 输 出 电压 在 装 置 上 电 瞬 间平 稳 上 升 至稳 态 电压 。 使
关 键 词 ： Ｗ Ｍ 整 流 ： 测 电流 ； 位 校 正 ； 位 跟 踪 Ｐ 预 相 相
中 图分 类 号 ：Ｍ ４ １ Ｔ ６
文 献 标 志 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ ２ ０ （０２ ０ — ０ ８ ０ ２ ９ — ８５ ２ １ ）３ ０ ３ — ５
摘要 ： 目前 三相 功 率 因数 校 正技 术 广 泛应 用 于 Ｐ ＷＭ 整 流环 节 ， 预 测 电流 控 制 则 是 实现 单 位 功 率 因数 的 一种 而
有 效 控 制 策略 。 这种 控 制 方式 有 效 地 解 决 了 网侧 电压 电流 相位 校 正 的 问题 ， 简单 的 电压 环 和 电 流环 替 代 原 有 的 复 以
则 可 由 。 以及 ２个 零 矢 量 和 合 成 得 ，
到 。根据 平行 四边形 原则 ， 得
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标 系 下 的 电压 、 流 ， 过 式 （ ） 电 通 ９ 可计 算 出整流 器 输
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入 电压 ， 再应用 空 间矢量 合成 ，可 得到 三个 开 “ 关 函数 的 信 号 Ｓ，６ 。５， ，进 而 驱 动 ６个 Ｉ Ｂ Ｓ Ｇ Ｔ的通
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其 中 ，三 相静 止 ａ ｃ坐标 系 到两 相 静 止 卢坐 ｂ
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１ —— —１
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PWM整流和有源功率因数校正
功率因数 (PF) 由电流失真系数 ( K = Cosθ ) 和基波电压、基波电流相移因数( Cos φ1) 决定。
Cos φ1 小，则表示用
常规整流装置使用非线性器件
电电器设备的无功功率 大，设备利用率低，导 线、变压器绕组损耗大。
K 值小，则表示输入电 流谐波分量大，将造成 输入电流波形畸变，对 电网造成污染。
通过控制逆变电路开关器件的通断，得到所需所
需正弦波波形。
计算法（1）-规则采样法
面积等效原理(m=1)：
Tc (1 sin i) i 2
SPWM信号占空比：
di
i
Tc
1 sin i 2
计算法（1）-规则采用法
Tc的计算： 载波比：
fc Tr K fr Tc
（2）升/降压式：需用二个功率开关管，有一个功率开关管
的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。
（3）反激式：输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采 用简单电压型控制，适用于150W 以下功率的应用场合。 （4）升压式（boost）：简单电流型控制，PF 值高，总谐波 失真（THD）小，效率高，但是输出电压高于输入电压。适用 于75W~2000W 功率范围的应用场合，应用最为广泛。
P.F.=P/S= (I1RMS/I
RMS total)*
Cos φ1
电流失真系数K对功率因数的影响
电流失真系数K: K= I1RMS/I
RMS total
= Cosθ
θ为失真角；K 为与电流 谐波分量有关的系数。
最后, 可以表达为:
P.F.=Cos φ1*Cos θ 如果总的谐波分量为零, K 就为1。
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四、 PWM整流电路的工作原理
单相全桥电路
PWM整流电路的运行方式向量图
PWM 整流器的控制系统结构框图
五、开关电源中有源功率因数校正方法分类
1、按有源功率因数校正电路结构分类 （1）降压式：因噪声大，滤波困难，功率开关管上电压应力
大，控制驱动电平浮动，很少被采用。 （2）升/降压式：需用二个功率开关管，有一个功率开关管
二、PF 与总谐波失真系数（THD）的关系
三.功率因数校正方法
由功率因数 P.F.=Cos φ*K = 1 最佳可知，要提 高功率因数，有两个途径：
1. 使输入电压、输入电流同相位。此时Cos φ =1, 所以PF=K。
2. 使输入电流正弦化。即IRMS=I1RMS（谐波为零）， 有I1RMS/IRMS=1 , 即：P.F.=Cos φ*K = 1
UC3854 利用平均电流控制方法。 它的高电压参考和大的震荡幅值可以减小对噪音
的敏感度, 工作频率可达200KHz. 可用在单相和 三相电源, 市电电压从75V 到 275V, 频率从50Hz 到 400Hz 的范围. 为了减小工作所需能 量,UC3854 有低启动电流的特点。
3、UC3854 的功能框图
流小，易于EMI 滤波。 5）升压电感L 能阻止快速的电压、电流瞬变，提
高了电路工作可靠性。
六、有源功率因数校正方法分类
2、按输入电流的控制原理分类
（1）平均电流 型。
（2）滞后电流 型。
（3）峰值电流 型。
（4）电压控制 型。
七、APFC的工作原理
1、平均电流型、升压式APFC的工作原理：输入电压和校 正后电流为同相位单相脉动波。
PWM整流电路及其控制方法—— 有源功率因数校正（Active Power
Factor Correction ）
AC-DC 电路中使用的桥式全波整流 电路及波形图
输入电压为正弦波。 只有当输入电压大于
电容的电压时, 才有 电流给电容充电，电 流为周期性的非正弦 波。 P.F.=Cosφ无效
双极性SPWM驱动电路和H桥主电路
Uspwm/Uspwm MOSFET-NMOSFET-N 34 QQ F Vo- u 0 3 0 1C L R F u D 0 3 0 D 1C V Vo+ 10mHL 1 2 QMOSFET-NMOSFET-N Q Uspwm /Uspwm
双极性SPWMH桥主电路
平均电流型、升压式APFC的工作原理电路
关键公式：V o V in /(1 T on / T )
PWM和电流波形图
2、平均电流型、升压式APFC的工作框图。
3、平均电流型、升压式APFC的电路原理、控制模块内部功能框图说明
1—电压调节器； 2—乘法器； 3—电流调节器； 4—载波发生器； 5—SPWM信号比较器； 6—驱动器； 7—输出电压快速调
的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。 （3）反激式：输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采
用简单电压型控制，适用于150W 以下功率的应用场合。 （4）升压式（boost）：简单电流型控制，PF 值高，总谐波
失真（THD）小，效率高，但是输出电压高于输入电压。适用 于75W~2000W 功率范围的应用场合，应用最为广泛。
4、UC3854 的应用电路
di
T
i c
1
sin i
2
计算法（1）-规则采用法
Tc的计算：
载波比：
K fc Tr fr Tc
fr基波频率，fc载波频率，K为整数(同步调制)。 若选K=36，fr=50Hz： 则fc= K*fr = 36*50Hz， Tc= 1/Kfr = 20ms/36
L R Vo+Vo- FF uu 00 33 00 1C1C 10mHL 234 D1_1N4148DDD FF pp 00 00 00 1Ch11Ch3 KKKK 1Rh11Rh21Rh31Rh4 FF pp 00 00 00 1Ch21Ch4 1324 QMOSFET-NQMOSFET-NQMOSFET-NQMOSFET-N VV 44 22 6 0 1R 578 000 1R1R1R FF 56 uu 1C1C 14 DDiode1N5400DDiode1N5400 55 11 1876418764 SS BB OO OO VV VLVL HH VCCVCC CC NN COMINCOMIN 12 UIR2111UIR2111 325325 33 00 11 34 12 00 00 2R2R Q9Q9 KK U3AMC74HC04AD 1212 00 0.001uFC0.001uFC1R1R 12 SPWM /SPWM
节器。
5、主电路波形图
主电路波形图(1)
主电路波形图(2)
八、PFC 的实际设计及应用
UC3854是一种工作于平均电流的的升压型APFC 电 路控制芯片，它的峰值开关电流近似等于输入电 流，是目前使用最广泛的APFC 电路控制芯片。
1、UC3854 的特性 (1)升压脉冲宽度调制,功率因数可达0.99 (2)市电电流谐波可达<5% (3) 宽市电电压, 不需选择开关 (4)前馈市电调节
复习：计算法产生SPWM控制信号
根据正弦调制波频率fr（周期Tr）、载波频率fc （周期Tc），计算出SPWM波各脉冲周期和占空比， 通过控制逆变电路开关器件的通断，得到所需所 需正弦波波形。
计算法（1）-规则采样法
面积等效原理(m=1)：
Tc (1 sin i) i 2
SPWM信号占空比：
(5)平均电流控制 (6)低噪音敏感性 (7)低启动工作电流 (8)固定的PWM 驱动频率 (9)低偏置电压的模拟乘/除法器 (10)1A 图腾柱门极驱动 (12)精确的电压参考
2、UC3854 的功能描述
它可以进行电源的功率因数校正, 防止电源从正 弦电压市电吸取非正弦的电流, 减小电流谐波。
电流失真系数K对功率因数的影响
电流失真系数K: K= I1RMS/I RMS total = Cosθ θ为失真角；K 为与电流
谐波分量有关的系数。 最后, 可以表达为: P.F.=Cos φ1*Cos θ 如果总的谐波分量为零,
K 就为1。
功率因数 (PF) 由电流失真系数 ( K = Cosθ ) 和基波电压、基波电流相移因数( Cos φ1) 决定。
升压式和反激式主电路
升压式（boost）APFC电路优点： 1）电路中的电感L 适用于电流型控制。 2）由于升压型APFC 的预调整作用在输出电容器C
上保持高电压，所以电容器C 体积小、储能大。 3）在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的
功率因数。 4）输入电流连续，并且在APFC 开关瞬间输入电
Cos φ1 小，则表示用 电电器设备的无功功率 大，设备利用率低，导
常规整流装置使用非线性器件 （如可控硅、二极管），整流器 件的导通角小于180o，从而产生
线、变压器绕组损耗大。 大量谐波电流成份，而谐波电流
成份不做功，只有基波电流成份
K 值小，则表示输入电 流谐波分量大，将造成
做功。所以相移因数和电流失真 系数（K）相比，输入电流失真系
一、功率因数校正的意义
理论上，输入电压和电 流都是理想的正弦波的 情况下：
P.F.= P/S=Watts/V.A. =有功功率/视在功率 =Cosφ φ：输入电压和输入电
流的相位差。
电流为周期性的非正弦波（电压理想正弦波）功率 因数计算方法
周期性的非正弦波电流经过傅里叶变换为:
有功功率P=VRMS*I1RMSP=VRMS*I1RMS*Cosφ1 (φ1-输入电压和输入电流基波分量I1RMS 的相位差)。 S=VRMS*IRMS total 于是使功率因数Power Factor 可以表达为： P.F.=P/S= (I1RMS/I RMS total)* Cos φ1
输入电流波形畸变，对 数（K）对供电线路功率因数 (PF)
电网造成污染。
的影响更大。
输入电流谐波分量大，将对电网造成污染，严重时， 对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用 电电器设备损坏。
为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世 界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术 标准，以限制谐波电流含量。如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2 等标准，它们规定了 允许产生的最大谐波电流。我国于1994 年也颁布 了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T1454993）。
使P.F.= 1是电力电子技术研究方向之一
利用电力电子电路使P.F.=Cos φ*K = 1，从而实现功 率因数校正，称为APFC（有源功率因数校正）技术。
利用有源功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完 全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波， 并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯 电阻，所以有的地方又把有源功率因数校正电路叫做电 阻仿真器。