單級功率因數(shù)校正變流器降低開關(guān)電壓應(yīng)力方法

提出一種低電壓應(yīng)力的buck變換器。該變換器能在整個負載范圍內(nèi)實現(xiàn)所有開關(guān)管的零電流開關(guān)(zerocurrentswitching,zcs)和所有無源開關(guān)管的零電壓開關(guān)(zerovoltageswitching,zvs),而且通過無源箝位電路徹底地消除了所有開關(guān)管的電壓尖峰;此外,所有開關(guān)管的電流應(yīng)力都很小。該文詳細分析了該變換器的工作原理以及箝位支路的作用機理,并通過狀態(tài)空間平均法分析了該變換器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性,最后在一臺1200w的原理樣機上進行實驗驗證,并給出實驗結(jié)果。

本文首先基于三相靜止坐標(biāo)系的典型控制方案與基于d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的矢量控制方案作了比較,然后運用功率平衡的原理對本文給出的矢量控制方案進行了系統(tǒng)設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上提出一種前饋控制策略并進行了仿真驗證。

被研究電路簡單而實用,工作于固定占空比就能實現(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難點。采用多種算法(含遺傳算法)對諧波注入系數(shù)進行了優(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到的最佳效果。

軟開關(guān)技術(shù)可以抑制功率因數(shù)校正(pfc)電路中功率管開通時的電流上升率di/dt,同時降低關(guān)斷時的電壓上升率du/dt,使整個電路的效率得到提高。介紹了一種無損軟開關(guān)升壓(boost)功率因數(shù)校正變換器,詳細分析了電路的工作原理,并以此設(shè)計出一臺開關(guān)頻率為100khz,功率300w的樣機,并給出實驗波形。實驗結(jié)果表明,加入輔助電路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)軟開關(guān),有效地改善開關(guān)管的工作波形。

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

根據(jù)三相單開關(guān)功率因數(shù)校正(pfc)電路的工作原理,實現(xiàn)了專用時域仿真程序的編制,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。

單相有源功率因數(shù)校正電路(powerfactorcorrection,pfc)的拓撲常選擇升壓式boost電路,電壓可升可降的拓撲如cuk、sepic、zeta等開關(guān)電壓應(yīng)力大、損耗大。分析了一種低電壓應(yīng)力的雙開關(guān)管的buck/boost拓撲,分析其在3種工作電路方案下的開關(guān)電壓應(yīng)力和功率損耗,應(yīng)用mathcad進行數(shù)學(xué)建模并分析計算結(jié)果。

為了滿足輸入電流諧波限制標(biāo)準(zhǔn),例如iec1000-3-2,在dc-dc變換器前加入一級功率因數(shù)校正變換器作為預(yù)調(diào)節(jié)器。但是對于有保持時間要求的電源,當(dāng)輸入掉電時,由于受下一級dc-dc變換器占空比變化范圍的限制,預(yù)調(diào)節(jié)器電容上存儲的能量不能全部傳送到輸出端,因此需要較大容量的電容以提供要求的保持時間。該文提出1種新的預(yù)調(diào)節(jié)器,它可以充分利用預(yù)調(diào)節(jié)器的電容能量,因此在相同的條件下可以減小儲能電容,并且保持電容電壓低于450v。分析了這種變換器的工作原理,并在1個250w的原理樣機上進行了驗證,最后給出了實驗結(jié)果。

提出了一種低電壓應(yīng)力z源電路拓撲,該電路通過二極管的控制,在直通時對電感進行并聯(lián)充電,在非直通時使電感串聯(lián)放電,從而以較短的直通占空比獲得較大的升壓比,達到降低功率開關(guān)電壓應(yīng)力的目的。分析了電路的工作原理并進行了仿真與實驗研究,結(jié)果驗證了電路的有效性。

提出了一種新穎的三相cuk型高功率因數(shù)校正電路。在電路拓撲中采用三相全橋整流橋和單管功率開關(guān)實現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波電流輸入;同時在中間儲能電容(過渡電容)上串聯(lián)一電感以及在續(xù)流二極管上并聯(lián)一小電容,使得電路工作在復(fù)合諧振狀態(tài),從而獲得零電流開關(guān)。文章分析了電路的工作原理,仿真驗證了理論分析結(jié)果,同時一個2kw的試驗電路驗證了結(jié)論的正確性。該電路具有輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、功率因數(shù)和效率高等特點,具有很好的實用化前景。

提出了一種基于幅相控制、實現(xiàn)功率因數(shù)可調(diào)的三相pwm變流器控制方法。通過建立系統(tǒng)低頻數(shù)學(xué)模型,分別在整流和逆變狀態(tài)下,探討系統(tǒng)實現(xiàn)功率因數(shù)、從電網(wǎng)吸收或回饋容性、感性無功功率的動態(tài)調(diào)節(jié)過程。分析了控制角、受控的功率因數(shù)角、最大負載能力、最大回饋電網(wǎng)電能與調(diào)制深度、負載、電感量之間的關(guān)系。實驗表明,該pwm變流器具有控制簡便、相電流諧波較小等優(yōu)點。

引言熒光燈鎮(zhèn)流器的整流濾波電路(如圖1所示)工作時會在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波。其產(chǎn)生機理是:交流電壓經(jīng)過整流和電容濾波后,在濾波電容c上得到一個直流電壓uc。由于uc的存在,在交流輸入電壓的絕對值〡u入〡<uc時,整流電路的所有二極管都處

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。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。同時單周期控制電路具有簡單可靠、響應(yīng)快、成本低、易于實現(xiàn)等特點。文中較為詳細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現(xiàn)方式,最后在pspice中進行了仿真驗證。

通過對單周雙極性控制三相功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理、控制方法進行仿真研究,在單周雙極性控制下輸入電流能較好地跟蹤輸入電壓,驗證了采用該控制策略,功率因數(shù)校正系統(tǒng)具有動態(tài)響應(yīng)快、易于平穩(wěn)等優(yōu)點。分析了單周雙極性控制下,在每個開關(guān)周期、不同開關(guān)時段、不同開關(guān)組合情況的電感電壓和電感電流的關(guān)系,經(jīng)過對saber模型仿真結(jié)果的分析,推導(dǎo)出電感電流紋波的數(shù)學(xué)表達式,得出了電流紋波與電感值、開關(guān)頻率和積分時間系數(shù)相關(guān)的結(jié)論。同時,系統(tǒng)參數(shù)一定時,當(dāng)輸出電壓大于2倍的相電壓與積分時間系數(shù)的比值,可以減小電感電流紋波;輸入、輸出電壓一定時,電感電流紋波與電感值和開關(guān)頻率成反比;系統(tǒng)穩(wěn)定性范圍與負載大小及積分時間系數(shù)有關(guān)。

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。本文對其進行了理論分析、關(guān)鍵參數(shù)計算、計算機仿真和實驗室樣機實驗驗證。實驗表明,其最大輸出功率為10kw,功率因數(shù)達到0.99,輕載時直流母線電壓小于800v。

功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。設(shè)計了一種新型高效單相boost高功率因數(shù)整流器,主電路在傳統(tǒng)的boost電路中加入無源無損軟開關(guān)網(wǎng)絡(luò),在不改變電路原有工作原理、模式的情況下降低了du/dt和di/dt,提高了電路效率。控制電路采用ir1150作為主控芯片,簡化了pfc電路的設(shè)計并縮小了裝置體積。分析了單周期控制的功率因數(shù)校正原理與無源無損網(wǎng)絡(luò)的工作原理,對高功率因數(shù)整流器的主要模塊進行了詳細分析與設(shè)計。設(shè)計了一種新型薄銅帶工藝?yán)@制的帶中心抽頭的三點式電感,有效地減小了高頻集膚效應(yīng),改善了boost變換器的開關(guān)調(diào)制波形并降低了磁件溫升。250w的樣機試驗表明,該高功率因數(shù)整流器設(shè)計合理、性能可靠,功率因數(shù)可達0.993,實現(xiàn)了開關(guān)管開通時的零電流開通和關(guān)斷時的零電壓關(guān)斷。

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,在對其工作原理進行簡要分析和仿真分析的基礎(chǔ)上,進行了實驗研究,所得結(jié)果驗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,各種負載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負載以上時輸入功率因數(shù)高達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。在對其工作原理進行簡要分析的基礎(chǔ)上,進行了實驗研究,所得結(jié)果驗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,各種負載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負載以上時輸入功率因數(shù)高達0.98,效率高達0.98。

為解決目前市場上的led電源功率因數(shù)低、電流諧波大且工作效率低下、電源發(fā)熱量大、易損壞的缺點,文中介紹了一種采用反激式拓撲的單級功率因數(shù)校正led驅(qū)動電源.該電源在臨界導(dǎo)通模式下實現(xiàn)了功率因數(shù)校正和對led燈的恒流驅(qū)動,電路采用單級pfc結(jié)構(gòu)簡化了電路結(jié)構(gòu),采用零電壓開關(guān)技術(shù)降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗.文中對電路工作原理做了詳細的說明,給出了臨界導(dǎo)通模式下開關(guān)管導(dǎo)通時間、開關(guān)頻率的計算公式以及影響功率因數(shù)的因素.實驗結(jié)果表明,該電源功率因數(shù)大于0.96、效率大于0.9,可高效、可靠地驅(qū)動led燈工作.

單周期控制方式是一種大信號非線性模擬控制方式。它僅需要幾個數(shù)字邏輯器件就可完成單位功率因數(shù)的控制任務(wù),具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快的優(yōu)點。本文對基于單周期控制的三相三開關(guān)三電平整流器(vienna)進行了深入研究,推導(dǎo)了其單周期控制方程,并分析了在兩個輸出電容電壓不相等情況下的電壓平衡問題,說明了在單周期控制方式下輸出電容電壓可以達到平衡狀態(tài)。最后進行了整個系統(tǒng)的仿真與試驗驗證,仿真與試驗結(jié)果證明了理論分析的正確性。

針對傳統(tǒng)橋式整流升壓功率因數(shù)校正(pfc)電路效率較低的缺點,提出了一種最小電壓應(yīng)力的軟開關(guān)無橋pfc電路拓撲。在理論分析和仿真驗證的基礎(chǔ)上,研制了一臺300w的實驗樣機。結(jié)果表明,改進的無橋pfc電路拓撲具有通態(tài)損耗低、電流采樣簡單,能實現(xiàn)開關(guān)管零電壓關(guān)斷和零電流開通,同時實現(xiàn)整流二極管零電壓導(dǎo)通和接近零電流軟關(guān)斷的優(yōu)點。

本文詳細分析了被動式pfc、改進型被動式pfc、半主動式pfc和主動式pfc的特點,并從變頻空調(diào)實際使用的條件和行業(yè)的特點出發(fā),提出不同功率等級空調(diào)需要區(qū)別對待選用不同拓補結(jié)構(gòu)的pfc,以得到最高的性價比.