第8章 有源功率因數(shù)校正技術(shù)

1、現(xiàn)代電力電子學(xué)第8章有源功率因數(shù)校正技術(shù)第8章有源功率因數(shù)校正技術(shù)8.1單相有源功率因數(shù)校正原理8.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.4其他單相功率因數(shù)校正變換技術(shù)8.5三相PFC原理8.6本章小結(jié)8.1單相有源功率因數(shù)校正原理8.1.1電阻負(fù)載模擬8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.1.1電阻負(fù)載模擬8.1.1電阻負(fù)載模擬可見輸入電流也是正弦波，且與輸入電壓的相位相同，如圖8-1b所示。電阻負(fù)載具有單位功率因數(shù)，即功率因數(shù)PF=1。由以上簡單分析可知：如果某一端口網(wǎng)絡(luò)具有純電阻的特性，則該一端口網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)PF=1。8.1.1電阻

2、負(fù)載模擬圖8-1單相市電給電阻供電a) 電路b)電壓與輸入電流8.1.1電阻負(fù)載模擬圖8-2模擬純電阻特性的一端口網(wǎng)絡(luò)a) 二極管全橋整流器b) 改造后的一端口網(wǎng)絡(luò)8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正1) 為實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，插入子電路的電壓傳輸比滿足式Tuu(t)=給出的Tuu(t)特性要求，插入子電路必須具有升壓功能；2) 插入子電路的輸入電流i1可控，并跟蹤us(t)的波形變化；3) i1的幅值需要調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)闹?，以滿足輸出負(fù)載功率的要求，使輸出電壓Uo穩(wěn)定在所需電壓。8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-3具有功率因數(shù)校正功能的整流器8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.1

3、.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-4電壓傳輸比(t)與時(shí)間的關(guān)系a) 整流直流側(cè)電壓b) 電壓傳輸比(t)8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-5有源功率因數(shù)校正變換器a)升壓型功率因數(shù)校正變換器b) 降升壓型功率因數(shù)校正變換器c) Cuk型功率因數(shù)校正變換器d) 反激式功率因數(shù)校正變換器e) SEPIC PFCf) Zeta PFC8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-6有源功率因數(shù)校正變換器的輸出電流8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-7功率因數(shù)校正的控制框圖8.1.2功率變換器與有源功率因

4、數(shù)校正8-8.單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正圖8-9BOOST變換器的工作模式a) BOOST變換器b) 電感電流連續(xù)模式(CCM)模式c) 電感電流斷續(xù)模式(DCM)模式8.1.2功率變換器與有源功率因數(shù)校正8.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.2.1電路原理分析8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制8.2.1電路原理分析1.開關(guān)周期階段分析2.占空比D3.輸出濾波電容電流紋波1.開關(guān)周期階段分析(1) 階段1(0, DTs)：BOOST電感充磁階段(2) 階段2(DTs，Ts)：BOOS

5、T電感放磁階段1.開關(guān)周期階段分析1.開關(guān)周期階段分析圖8-10CCM Boost PFC電路與階段分析等效電路a) Boost PFC電路b) 階段1等效電路c) 階段1等效電路(1) 階段1(0, DTs)：BOOST電感充磁階段(2) 階段2(DTs，Ts)：BOOST電感放磁階段2.占空比D2.占空比D2.占空比D圖8-11占空比函數(shù)D(t)和PWM信號3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波圖8-12電容電流及頻譜a) 流入電容的電流b) 電容的電流頻譜3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控

6、制圖8-13CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制框圖8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-14PWM調(diào)制器原理8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-15CCM Boost PFC電路的改進(jìn)8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-16電流平均值控制a) 電流平均值控制框圖b) 電感電流波形8.2.2CCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-17滯環(huán)控制a) 電流滯環(huán)控制框圖b) 電感電流波形8.2.2CCM單相

7、BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-18電流峰值控制a) 電流峰值控制框圖b) 電感電流波形8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.2CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器圖8-19BOOST變換器及采用CF時(shí)的電路波形8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器圖8-20臨界工作模式BOOST變換器及電路波形8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器圖8-21兩個(gè)CRM模式的BOOST變換器并聯(lián)組合8.3DCM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器8.3DCM單相BOOST功

8、率因數(shù)校正變換器圖8-22輸入總電流a) 驅(qū)動脈沖的相位差為零b) 驅(qū)動脈沖的相位差為180c) 驅(qū)動脈沖的相位差為180，且占空比為50%d) 驅(qū)動脈沖的相位差為180，但兩個(gè)電感的峰值電流不同8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析圖8-23在CRM模式中電感電流波形8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析圖8-24CRM模式下工作狀態(tài)a) 階段1(0,)b) 階段2(,)8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相

9、BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析圖8-25在CRM模式下開關(guān)頻率與輸入交流瞬時(shí)值的關(guān)系a) =230,=400Vb) =90,=400V8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析圖8-26開關(guān)頻率極小值與輸入電壓有效值的關(guān)系8.3.1CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.1CRM單相B

10、OOST功率因數(shù)校正變換器電路分析8.3.2CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制圖8-27CRM單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的控制框圖8.4其他單相功率因數(shù)校正變換技術(shù)8.4.1無橋型功率因數(shù)校正變換電路8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路8.4.3窗口控制功率因數(shù)校正變換電路8.4.1無橋型功率因數(shù)校正變換電路圖8-28單相BOOST功率因數(shù)校正變換電路的改進(jìn)a) 傳統(tǒng)BOOST PFCb) 無橋型PFC8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-29低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路a)電路b) 輸入電壓、電流、開關(guān)驅(qū)動脈沖8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-30工作階段1

11、8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-31工作階段28.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-32工作階段38.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-33工作階段48.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路8.4.2低頻開關(guān)功率因數(shù)校正變換電路圖8-34電感值和功率因數(shù)的關(guān)系(=1.6ms，=0.7ms，L=26mH，C=1.5mF, =230)8.4.3窗口控制功率因數(shù)校正變換電路8.4.3窗口控制功率因數(shù)校正變換電路圖8-35PFC電路輸入功率分析8.4.3窗口控制功率因數(shù)校正變換電路圖8-36功率因數(shù)校正變

12、換電路窗口控制概念圖8.4.3窗口控制功率因數(shù)校正變換電路圖8-37窗口功率因數(shù)校正變換電路實(shí)現(xiàn)方式8.5三相PFC原理8.5.1三相單開關(guān)Boost PFC電路的控制8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制8.5.3其他三相PFC電路8.5三相PFC原理圖8-38三相單開關(guān)Boost PFC電路8.5.1三相單開關(guān)Boost PFC電路的控制1.工作原理2.電路的控制1.工作原理(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(3) 階段3(t2tt3)：電感電流下降第二階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段1.工作原理圖8-39三相電網(wǎng)電壓波形及

13、扇區(qū)劃分1.工作原理圖8-40三相單開關(guān)Boost PFC電路一個(gè)開關(guān)周期的波形(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段圖8-41DCM模式下電路各工作階段等效電路a) 電感充磁階段b) 電流下降第一階段c) 電流下降第二階段d) 斷流階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電

14、感電流下降第一階段(3) 階段3(t2tt3)：電感電流下降第二階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-42電流波形與整流輸出(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-43各次諧波幅值與整流(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-44三相單開關(guān)PFC電路的控制2.電路的控制2.電路的控制圖8-45諧波注入法控制框圖8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制1) 各相橋臂上下開關(guān)管的驅(qū)動脈沖信號在相位上互補(bǔ)；2) 占空比由幅度調(diào)制比決定；3) 任何時(shí)刻，橋中總有三個(gè)驅(qū)動脈沖信號處于高電平，即橋中有三個(gè)開關(guān)管處于導(dǎo)

15、通狀態(tài)。8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制圖8-46三相電壓型PWM整流器主電路8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制圖8-47三相電壓型PWM整流器工作波形8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制圖8-48三相PWM整流器交流基波等效電路8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制圖8-49三相PWM整流器交流基波等效電路的相量圖a)基波功率因數(shù)角為時(shí)的相量圖b)基波功率因數(shù)角=0時(shí)的相量圖8.5.2三相六開關(guān)PFC電路的控制8.5.3其他三相PFC電路1.三相雙開關(guān)PFC2.三相三開關(guān)PFC電路3.電流型三相PFC電路1.三相雙開關(guān)PFC圖8-50三相雙開關(guān)三電平PFC電路及控制框圖1.三相雙開關(guān)PFC圖8-51三相三開關(guān)三電平PFC電路2.三相三開關(guān)PFC電路圖8-52維也納整流電路3.電流型三相PFC電路圖8-53電流型三相PFC電路8.6本章小結(jié)有源功率因數(shù)校正技術(shù)是使整流電路獲得較高的功率因數(shù)的一種功率變換技術(shù),包含有源功率因數(shù)校正變換電路拓?fù)浼捌淇刂萍夹g(shù)。單相BOOST 型功率因數(shù)校正變換器