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单级功率因数校正电路实用性的分析
摘要:针对电网对电源功率因数和谐波含量的要求,单级功率因数校正电路已经是电力电子领域的研究热点。对单级功率因数校正电路进行了分析,同时根据现在的输入电流的谐波标准,分析了单级功率因数校正电路的实用性。关键词:功率因数校正;单级功率因数校正;实用性
引言
为了减少谐波对交流电网的污染,国内外都制订了限制电流谐波的有关标准,因此,功率因数校正(PFC)技术已成为电力电子领域中的研究热点。随着电力质量标准的日益严格,PFC变换器被越来越多地应用于开关电源、变频调速器和荧光灯交流电子镇流器中。近几年来,随着相关技术和各种控制策略的发展,PFC技术已得到大量研究。PFC电路根据工作方式可分为两大类,即无源PFC电路和有源PFC电路。有源PFC电路根据变换级数可以分为单级PFC电路和多级PFC电路。近年来,单级PFC电路得到广泛的关注,对它的研究也越来越热了,但是,在工业上它还没有得到广泛应用。
通常,通过以下几个方面来判断一个功率因数校正拓扑的优劣:
--功率因数的高低;
--输入电流波形畸变的大小;
--效率和功率密度的高低;
--开关管应力的大小。
单级功率因数校正将PFC级和DC/DC级组合在一起,同时实现对输入电流的整形和对输出电压的调节,但与两级方案相比,它只调节输出电压,保证输出电压的稳定,而对输入电流没有进行调节,让输入电流自动跟踪输入电压,因此,单级PFC电路的效果比较差。本文根据现在国际上的电流谐波标准,对单级PFC电路在工业上能否被广泛应用进行了分析。
1 单级PFC电路的分析
图1是单级PFC的通用结构。不像两级PFC,单级PFC中使PFC级和DC/DC级共用一个开关,同时实现输入电流波形的整形和输出电压的快速调节,输入输出的隔离。由于控制电路只负责调节输出电压,在稳态时占空比(D)几乎是个恒定值,所以,单级PFC要求输入电流能够自动跟随输入电压,图2为单级PFC的输入电压、电流波形和占空比波形。
1.1 储能电容的比较
在单级PFC中,由于DC/DC级工作在CCM,占空比不随负载变化。当负载变轻时,输出功率减少,PFC级输入功率Pin却没有这么快的变化。这样,充入储能电容的能量大于从储能电容抽走的能量,导致储能电容电压上升,如果输入具有较少的阻抗,VB会急剧上升以维持输入功率和输出功率的平衡。另外,单级PFC电路储能电容上的电压变化范围比较大,在输入电压低的时候,储能电容上的电压比较低;在输入电压高的时候,储能电容上的电压比较高,因此,对于相同
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