三相雙開關(guān)PFC電路的高功率因數(shù)軟開關(guān)電源

三相雙開關(guān)四線制pfc電路由于其電路結(jié)構(gòu)簡單、部分解耦的特點(diǎn),逐漸受到更多的關(guān)注。常規(guī)的控制方法是電路工作在dcm模式下,控制雖然簡單,但thd較大。在此提出了一種在ccm模式下的控制方法。該控制方法的優(yōu)勢在于前端儲能電感和電容的容量小,成本低,功率因數(shù)高,適用于中、大功率應(yīng)用場合。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)日益得到廣泛應(yīng)用,帶來了三相整流器的功率校f問題。在簡要分析三相單開關(guān)部分有源pfc的基礎(chǔ)上,根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案,在對其工作原理進(jìn)行簡要分析和仿真分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了所提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)的廣泛應(yīng)用,帶來了三相整流器的功率校正問題。根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案。在對其工作原理進(jìn)行簡要分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98,效率高達(dá)0.98。

介紹了一種電路結(jié)構(gòu)簡單的三電平三相高功率因數(shù)軟開關(guān)ac/dc變換技術(shù),可在實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時(shí),實(shí)現(xiàn)ac/dc功率變換,直接獲得較低直流輸出電壓,并解決了交流側(cè)與直流側(cè)之間的電氣隔離及功率管的高耐壓和軟開關(guān)問題。在介紹主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,分析了功率因數(shù)校正原理和電流斷續(xù)條件,并給出軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件。通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了這種功率變換技術(shù)的可行性。

采用偽相移式全橋零電壓零電流(pps-fb-zvzcs)變換器完成三相功率因數(shù)校正(pfc)和輸出電壓調(diào)節(jié)雙重功能,并能有效抑制直流母線電壓。本文對其進(jìn)行了理論分析、關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,其最大輸出功率為10kw,功率因數(shù)達(dá)到0.99,輕載時(shí)直流母線電壓小于800v。

利用caspoc軟件進(jìn)行仿真一種三相無源pfc電路的拓?fù)淠Ｐ?通過仿真數(shù)據(jù)和圖形確定器件參數(shù),并插值分析了參數(shù)設(shè)置對功率因數(shù)、效率以及紋波電壓的影響,最后優(yōu)化改進(jìn)了模型結(jié)構(gòu),通過參數(shù)配置,可使功率因數(shù)達(dá)到0.996。

變壓器的設(shè)計(jì)是開關(guān)電源中關(guān)鍵的步驟。對帶有高功率因數(shù)(pf)反激式開關(guān)電源的變壓器原理進(jìn)行了論述,在探討變壓器的設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上,提出一種良好的設(shè)計(jì)方法,并通過實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)原理。所設(shè)計(jì)的變壓器具有效率高、電磁干擾低、漏感低、溫升低的特點(diǎn)。

諧波污染已引起世界各國的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相三開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對電源電壓進(jìn)行檢測,其控制邏輯非常簡單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與動態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.98,且實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

根據(jù)三相單開關(guān)功率因數(shù)校正(pfc)電路的工作原理,實(shí)現(xiàn)了專用時(shí)域仿真程序的編制,待求解的微分方程階次低,仿真速度高。通過與通用仿真程序的對比,證明了專用程序的有效性和高速性。

本文介紹了一種大功率低壓大電流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案,該電源滿載輸出功率為60kw(5000a/12v),采用軟開關(guān)移相全橋控制方式,實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān);控制電路中采用了穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換方案,實(shí)現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓穩(wěn)流的自動切換,提高了輸出性能;采用多個(gè)變壓器串并聯(lián)結(jié)構(gòu),使并聯(lián)的輸出整流二極管之間實(shí)現(xiàn)自動均流;設(shè)計(jì)并使用了容性功率母排,減小了系統(tǒng)中的振蕩,減小了功率母排的發(fā)熱,達(dá)到了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

研究了基于單周期控制的三相六開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相六開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.991,實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

針對傳統(tǒng)穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源體積大、不符合工業(yè)用三相電源輸入電壓范圍要求等問題,開發(fā)出一種功率驅(qū)動用三相開關(guān)電源,設(shè)計(jì)出可大為減小電源體積的硬件電路和反激式高頻變壓器,有效解決了系統(tǒng)需外接兩相電源的問題。通過對所設(shè)計(jì)的電源性能進(jìn)行相關(guān)測試,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法及電源的穩(wěn)定性與可靠性。

本文研制的是一種利用軟開關(guān)技術(shù)制成的一個(gè)集成電源塊,該電源塊所依據(jù)的是現(xiàn)代先進(jìn)的雙管正激軟開關(guān)技術(shù),該技術(shù)在傳統(tǒng)的軟開關(guān)技術(shù)上增加了兩個(gè)igbt管,使用這個(gè)管的目的是為了該電源塊的開關(guān)頻率能夠提高,相應(yīng)地,由諧振電容c、諧振電感l(wèi)組成了諧振電路,增加了該電源塊的諧振頻率。同時(shí),要求該諧振頻率也與開關(guān)頻率相配合,實(shí)現(xiàn)開關(guān)管在高頻下滿足電壓的取值為零時(shí)的開通和關(guān)斷,大大減小了該電源塊的開通、關(guān)斷損耗及噪音,克服了原始電源的缺點(diǎn),緊隨當(dāng)今電源發(fā)展的軌跡。

基于滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù),采用flex10kafpga(epf10k30aqc208)數(shù)字控制芯片研制開發(fā)了容量為180w的有源箝位正激軟開關(guān)電源;并且詳細(xì)分析了該電源的控制時(shí)序及滑模變結(jié)構(gòu)的數(shù)字化控制方案,最后給出了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出滑模變結(jié)構(gòu)控制魯棒性強(qiáng),系統(tǒng)的穩(wěn)定性能好,動態(tài)響應(yīng)速度快,而且主回路的開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)。

將boost升壓型pfc變換器和有源箝位正激式dc/dc變換器結(jié)合在一起,共用一個(gè)開關(guān)管和控制電路,提出了一種新型有源箝位軟開關(guān)高功率因數(shù)充電電路,分析了該電路工作原理和主要參數(shù)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測試結(jié)果表明:該變換器能夠?qū)崿F(xiàn)主開關(guān)管、輔開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通,額定條件下功率因數(shù)達(dá)到0.98以上,效率達(dá)到91%以上,實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)和高變換效率,可用作小功率單相ups蓄電池恒壓充電電路。

本文以滑模變結(jié)構(gòu)為控制核心,研制了以dsp為控制芯片的全數(shù)字化全橋移相軟開關(guān)電源。文中分析了該電源的控制時(shí)序及滑模變結(jié)構(gòu)的數(shù)字化控制方案,并給出了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出滑模變結(jié)構(gòu)控制魯棒性強(qiáng),系統(tǒng)的穩(wěn)定性能好,動態(tài)響應(yīng)速度快,并且主回路的開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)。

被研究電路簡單而實(shí)用,工作于固定占空比就能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,不過這種情況下,輸入電流含較多的5、7和11次諧波。往占空比注入6倍次諧波,能顯著減小諧波,但確定各諧波的注入量是個(gè)難點(diǎn)。采用多種算法(含遺傳算法)對諧波注入系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)對比可知:最簡單迅速的方法是一維搜索;各次諧波的注入系數(shù)和輸入電壓幅值有關(guān),只注入6次諧波效果還不夠理想;此外,所給優(yōu)化結(jié)果是這種電路所能達(dá)到的最佳效果。

介紹了3kw、60khz軟開關(guān)電源變壓器的主要特點(diǎn),給出了3kw全橋軟開關(guān)電源變壓器的磁芯材料選擇、電磁參數(shù)設(shè)計(jì)及繞制工藝。測試結(jié)果表明,試驗(yàn)變壓器的主要參數(shù)均接近進(jìn)口樣機(jī),空載、滿載時(shí)輸出波形正常,運(yùn)行狀況良好,可以確定采用國產(chǎn)lp3材料的pm87磁芯是正確的,同時(shí),設(shè)計(jì)的繞組參數(shù)合理,繞制工藝也切實(shí)可行。

三相單開關(guān)boost型功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)較為繁瑣,簡化模型可使電路的分析和設(shè)計(jì)大為簡化,利用簡化模型對功率因數(shù)校正器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),仿真和實(shí)驗(yàn)說明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。

研究了一種高功率因數(shù)的雙開關(guān)升壓整流器的單周期控制方法。在該整流器中,二極管整流電路和功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)結(jié)合在一起,減少了導(dǎo)通損耗,具有效率高,結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。但是由于升壓電感在交流側(cè),電流和電壓檢測不是很方便。為此,引進(jìn)單周期控制技術(shù),它不需要檢測交流輸入電壓,而且對輸入電流的檢測也相對簡單。同時(shí)單周期控制電路具有簡單可靠、響應(yīng)快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。文中較為詳細(xì)地分析了單周期控制雙開關(guān)升壓整流器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式,最后在pspice中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

功率因數(shù)校正(英文縮寫是pfc)是 目前比較流行的一個(gè)專業(yè)術(shù)語。pfc是在 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)， 其背景源于離線開關(guān)電源的迅速發(fā)展和 熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用。pfc 電路的作用不僅僅是提高線路或系統(tǒng)的 功率因數(shù)，更重要的是可以解決電磁干 擾(emi)和電磁兼容(emc)問題。 線路功率因數(shù)降低的原因及危害 導(dǎo)致功率因數(shù)降低的原因有兩個(gè)，一 個(gè)是線路電壓與電流之間的相位角中， 另一個(gè)是電流或電壓的波形失真。前一 個(gè)原因人們是比較熟悉的。而后者在電 工學(xué)等書籍中卻從未涉及。 功率因數(shù)(pf)定義為有功功率(p)與 視在功率(s)之比值，即pf=p/s。對于線 路電壓和電流均為正弦波波形并且二者 相位角φ時(shí)，功率因數(shù)pf即為cosφ。 由于很多家用電器(如排風(fēng)扇、

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