抑制單級(jí)PFC中儲(chǔ)能電容電壓的拓?fù)溲芯?/h1>
作者：
時(shí)間：2012-03-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
收藏
1 引言
為了減小對(duì)交流電網(wǎng)的諧波污染，國(guó)內(nèi)外制訂了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)）來(lái)限制電流諧波。因此，要求交流輸入電源必須采取措施降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。目前廣泛采用的有源功率因數(shù)校正方法有兩種，即兩級(jí)PFC和單級(jí)PFC。兩級(jí)PFC [1]將PFC級(jí)輸出端與DC/DC變換器相串聯(lián)。由于采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，電路復(fù)雜，裝置費(fèi)用高，效率低。在小功率應(yīng)用場(chǎng)合，兩級(jí)PFC很不適用。因此，研究單級(jí)PFC及變換技術(shù)成為電力電子領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要課題。
單級(jí)PFC[2－3]將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，占空比恒定，因此要求PFC級(jí)的電流能自動(dòng)跟隨輸入電壓，雖然單級(jí)PFC變換器的輸入電流不是正弦波，PF值不如兩級(jí)方案高，但由于IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)電流諧波含量有要求，對(duì)PF值沒(méi)有嚴(yán)格的要求，單級(jí)PFC變換器的輸入電流諧波足以滿足IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。由于采用單級(jí)結(jié)構(gòu)，電路簡(jiǎn)單，成本低，功率密度高。因此，單級(jí)PFC變換器在小功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。
本文主要對(duì)單級(jí)PFC的功率因數(shù)校正要解決的主要問(wèn)題，儲(chǔ)能電容電壓隨輸入電壓和負(fù)載的變化而變化，在輸入高壓或輕載時(shí)，電容電壓可能達(dá)到上千伏，而且變換器的效率低。介紹了幾種改進(jìn)的
2 單級(jí)功率因數(shù)校正的主要問(wèn)題
單級(jí)PFC將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定。對(duì)PFC級(jí)輸出功率恒定時(shí)，輸入功率是一個(gè)周期性變化的量，所以?xún)?chǔ)能電容用來(lái)解決瞬時(shí)輸入功率和輸出功率不平衡問(wèn)題。眾所周知，電流斷續(xù)模式（DCM）的boost變換器在固定占空比下電流自動(dòng)跟隨輸入電壓，因此PFC級(jí)工作在DCM下可以得到較高的功率因數(shù)。而為了提高變換器的效率，DC/DC變換器一般工作在電流連續(xù)模式（CCM）下。在CCM情況下，當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，輸出功率減小，由于占空比不隨負(fù)載變化而變化，PFC級(jí)輸入功率同重載時(shí)一樣，則充入儲(chǔ)能電容的容量大于從儲(chǔ)能電容抽走的能量，導(dǎo)致儲(chǔ)能電容電壓上升。為了保持輸出電壓一致，電壓反饋環(huán)調(diào)節(jié)輸出電壓，使占空比減小，輸入能量也相應(yīng)減小，這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程要到輸入和輸出功率平衡后才停止。負(fù)載減小帶來(lái)的后果是電容電壓明顯上升，甚至達(dá)到上千伏。
降低電容電壓通常有兩種方法：一種方法就是采用變頻控制[4]，可以使電容電壓低于450V，但是頻率變化范圍可能高達(dá)十倍，不利于磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另一種就是采用變壓器繞組實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。用變壓器繞組實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋可以降低電容電壓，但同時(shí)降低了功率因數(shù)，增加了電流的諧波含量。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有拓?fù)涞姆治?，得出了一種新型帶低頻輔助開(kāi)關(guān)的功率因數(shù)校正電路，不僅降低了電容電壓，而且提高了功率因數(shù)，減少了電流的諧波含量。
3 幾種改進(jìn)的拓?fù)浞治?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
3.1 加變壓器繞組抑制電容電壓的單級(jí)PFC
加變壓器繞組抑制電容電壓的單級(jí)PFC變換器[5]如圖1所示。N1為變壓器耦合的繞組。
圖1 加變壓器繞組抑制電容電壓的單級(jí)PFC變換器
- 英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
為了減小對(duì)交流電網(wǎng)的諧波污染，國(guó)內(nèi)外制訂了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)）來(lái)限制電流諧波。因此，要求交流輸入電源必須采取措施降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。目前廣泛采用的有源功率因數(shù)校正方法有兩種，即兩級(jí)PFC和單級(jí)PFC。兩級(jí)PFC [1]將PFC級(jí)輸出端與DC/DC變換器相串聯(lián)。由于采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，電路復(fù)雜，裝置費(fèi)用高，效率低。在小功率應(yīng)用場(chǎng)合，兩級(jí)PFC很不適用。因此，研究單級(jí)PFC及變換技術(shù)成為電力電子領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要課題。
單級(jí)PFC[2－3]將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，占空比恒定，因此要求PFC級(jí)的電流能自動(dòng)跟隨輸入電壓，雖然單級(jí)PFC變換器的輸入電流不是正弦波，PF值不如兩級(jí)方案高，但由于IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)電流諧波含量有要求，對(duì)PF值沒(méi)有嚴(yán)格的要求，單級(jí)PFC變換器的輸入電流諧波足以滿足IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。由于采用單級(jí)結(jié)構(gòu)，電路簡(jiǎn)單，成本低，功率密度高。因此，單級(jí)PFC變換器在小功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。
本文主要對(duì)單級(jí)PFC的功率因數(shù)校正要解決的主要問(wèn)題，儲(chǔ)能電容電壓隨輸入電壓和負(fù)載的變化而變化，在輸入高壓或輕載時(shí)，電容電壓可能達(dá)到上千伏，而且變換器的效率低。介紹了幾種改進(jìn)的
2 單級(jí)功率因數(shù)校正的主要問(wèn)題
單級(jí)PFC將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定。對(duì)PFC級(jí)輸出功率恒定時(shí)，輸入功率是一個(gè)周期性變化的量，所以?xún)?chǔ)能電容用來(lái)解決瞬時(shí)輸入功率和輸出功率不平衡問(wèn)題。眾所周知，電流斷續(xù)模式（DCM）的boost變換器在固定占空比下電流自動(dòng)跟隨輸入電壓，因此PFC級(jí)工作在DCM下可以得到較高的功率因數(shù)。而為了提高變換器的效率，DC/DC變換器一般工作在電流連續(xù)模式（CCM）下。在CCM情況下，當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，輸出功率減小，由于占空比不隨負(fù)載變化而變化，PFC級(jí)輸入功率同重載時(shí)一樣，則充入儲(chǔ)能電容的容量大于從儲(chǔ)能電容抽走的能量，導(dǎo)致儲(chǔ)能電容電壓上升。為了保持輸出電壓一致，電壓反饋環(huán)調(diào)節(jié)輸出電壓，使占空比減小，輸入能量也相應(yīng)減小，這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程要到輸入和輸出功率平衡后才停止。負(fù)載減小帶來(lái)的后果是電容電壓明顯上升，甚至達(dá)到上千伏。
降低電容電壓通常有兩種方法：一種方法就是采用變頻控制[4]，可以使電容電壓低于450V，但是頻率變化范圍可能高達(dá)十倍，不利于磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另一種就是采用變壓器繞組實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。用變壓器繞組實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋可以降低電容電壓，但同時(shí)降低了功率因數(shù)，增加了電流的諧波含量。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有拓?fù)涞姆治?，得出了一種新型帶低頻輔助開(kāi)關(guān)的功率因數(shù)校正電路，不僅降低了電容電壓，而且提高了功率因數(shù)，減少了電流的諧波含量。
3 幾種改進(jìn)的拓?fù)浞治?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
3.1 加變壓器繞組抑制電容電壓的單級(jí)PFC
加變壓器繞組抑制電容電壓的單級(jí)PFC變換器[5]如圖1所示。N1為變壓器耦合的繞組。
評(píng)論