【文章內(nèi)容簡介】 所示：表1 PFC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較電路類型輸出電壓屬性有無失真電感電流屬性降壓型正極性有不連續(xù)型升壓型正極性無連續(xù)型混合型負(fù)極性有不連續(xù)型 2 電路結(jié)構(gòu)及其控制原理的相量分析 主電路結(jié)構(gòu)高頻整流器的基本工作原理是:通過控制整流橋臂上各開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使電路的輸入電流近似為正弦，并且使其與愉入電壓同相位。 高頻整流器主電路結(jié)構(gòu)高頻整流器主電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 高頻整流器主電路 由圖4可以看出，其主電路結(jié)構(gòu)與逆變器的主電路結(jié)構(gòu)是相同的。本文僅就整流方面進(jìn)行分析研究。從整流橋的左側(cè)向右看a，b兩端應(yīng)等效為一交流源uab。 主電路原理等效電路高頻整流器主電路結(jié)構(gòu)的等效原理圖如圖5所示。圖5 等效原理圖高頻整流器主電路結(jié)構(gòu)的等效原理向量圖如圖6所示。圖6 相量關(guān)系圖根據(jù)圖5中所示的各相量之間的關(guān)系可以得出，能夠滿足該直角三角關(guān)系即為整流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為1的必要條件，設(shè)整流橋直流翰出電壓為Uo，調(diào)制信號(hào)的調(diào)制比為m，則由相量圖可得:uabm * cosa = uam (1) uabm = m * Uo (2)由式 ( 1) ,(2)得:m * cosa = uam / Uo (3)式( 3) 即 為整流橋穩(wěn)態(tài)抽出時(shí)功率因數(shù)為1的充分必要條件。在此式中，共有四個(gè)變量，因此，若想在穩(wěn)定輸出的前提下使功率因數(shù)等于1,就必須協(xié)調(diào)控制m和cosa。為分析方便，首先假設(shè)電路中各元器件均為理想器件，輸入交流像為理想電源，輸入電流與抽入電壓同相。設(shè)負(fù)載為R，直流翰出電壓和電流分別為Uo，Io,則根據(jù)輸人翰出功率平衡的原則，電路的輸人功率Pi應(yīng)該與輸出功率Po相等，即Pi=Po。又因?yàn)? Pi = ui * ilm / 2 (4)Po = U o * I o (5)所以， ilm =2 Po / usm (6)令k= tga，它與輸出電壓的平方成正比，而與負(fù)載和翰人電壓均值的平方分別成反比。圖6所示的相量圖可用圖7表示。圖7 m和a關(guān)系相量圖〔圖中各相量單位為usm.) 主電路向量分析由相量圖可以看出。k將隨之變化，從而導(dǎo)致相量uabm的矢端在直線AC方向上移動(dòng)。設(shè)uabm的矢端已移動(dòng)到B點(diǎn)，因此， 的矢端從B點(diǎn)強(qiáng)行拉到C點(diǎn)，從而滿足了功率因數(shù)等于1時(shí)調(diào)制信號(hào)的相移條件。在此基礎(chǔ)上，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)制比m就可以使抽出電壓達(dá)到穩(wěn)定值。設(shè)額定輸出時(shí)的調(diào)制比為me，實(shí)際檢測(cè)電壓和電流為Uce,Ice ,額定輸出電壓和電流為Uce , Ice則: Uabm = m * Uoc = me * Uoe (7)從上式可知，當(dāng)k值固定后，調(diào)制比m與實(shí)際輸出電壓Uoc成反比。根據(jù)前面的分析結(jié)果可以看出，在高頻整流器的相量三角形中，只要使其兩邊固定，則第三邊也將被迫為定長。因此，如果高頗整流器的輸入電壓為一定值時(shí)，只要使k的值固定，那么在功率因數(shù)等于1的前提下。a,b兩端的電壓就等于固定值，式(1)一式(7)就是實(shí)現(xiàn)m和cosa的方程式。為了實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)及波形校正，輸入電感Li(a,b,c)必須選得足夠大，確保在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感電流保持不變；校正電容Ci(a,b,c)必須選得足夠小，并保證校正電容工作在電壓不連續(xù)工作方式下(DVM)，且根據(jù)負(fù)荷和電源的變化來控制開關(guān)頻率。在每一開關(guān)周期，校正電容電壓的充電速度與線電流成正比，盡管電容放電時(shí)并不是線性的，但同電感輸入PFC比較，電容放電速度比電感去磁速度快、時(shí)間短，這使得三相電源電流更依賴電容電壓峰值。以A相分析為例，在基本假設(shè)條件下，由于開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基波頻率，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流ia恒定不變。在開關(guān)S關(guān)斷期間，校正電容Cia在ia的作用下線性充電，電容Cia儲(chǔ)能。充電結(jié)束時(shí)，校正電容Cia上電壓峰值與電源電壓瞬時(shí)值成正比。一旦開關(guān)S觸發(fā)導(dǎo)通，校正電容儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移到諧振電感上。當(dāng)電容電壓放電至零時(shí)，由整流二極管續(xù)流，電感 Lr中的能量轉(zhuǎn)移給負(fù)載R。當(dāng)開關(guān)電流is過零時(shí)，控制開關(guān)S關(guān)斷，校正電容Cia又由電流ia線性充電，直到開關(guān)S再次導(dǎo)通為止。整流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，校正電容Cia上的電壓波形是高頻脈動(dòng)的，但其包絡(luò)線是正弦的(圖2)。在任意半個(gè)基波周期內(nèi)，校正電容Cia上的電壓的平均值與A相電壓的平均值相等，且其峰值與線路電流成正比。若開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電源頻率、三相電源電壓為正弦，則校正器從電源吸取的電流i(a,b,c)也是正弦的，且與相電壓的幅值成比例。這樣，電源電壓與電流是同相正弦的。在整個(gè)過程中，整流器不向系統(tǒng)“回送” 功率，整流器不需要系統(tǒng)提供無功。因此，在不需另加有源或無源濾波裝置，在獲得較高的變換效率的同時(shí)，校正器自然地從電源吸取同相正弦電流?！　≡诨炯僭O(shè)條件下，近似認(rèn)為在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電源電壓和電流i(a,b,c)保持不變，并用等效電流源來代替。由對(duì)稱性原理知，對(duì)交流電源電壓為va0,vbvc0的[90176。,120176。]區(qū)間的分析，可擴(kuò)展到整個(gè)基波周期。3 控制方案的實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng)的框圖主電路結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的核心可分為確定k值和確定二值兩部分。共有三個(gè)檢測(cè)量:翰人電壓、輸出電壓和輸出電流。因?yàn)檎也ㄓ蓹z測(cè)電路所得，所以不需要專門的正弦波產(chǎn)生電路。高頻整流器的基本工作原理是:通過控制整流橋臂上各開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使電路的輸入電流近似為正弦，并且使其與愉入電壓同相位。 控制系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的框圖如圖8所示：圖8 控制系統(tǒng)的框圖分析已知，k 值的確定需要四個(gè)量，利用k值和輸人電壓可得到相位后移9039。的正弦波，此正弦波與輸人檢測(cè)電壓相減后，即得到幅值未調(diào)但相位確定的調(diào)制波。輸出電壓與給定電壓通過PI調(diào)節(jié)器后，調(diào)節(jié)調(diào)制比m, k值與m值確定后?？刂齐娐份敵龅碾妷杭礊樗蠼o定調(diào)制波，再經(jīng)過PWM電路和馭動(dòng)電路就可以控制整流橋上各開關(guān)管，達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定且功率因數(shù)為1的目的。因?yàn)閷?duì)應(yīng)某一固定抽出電壓，k具有一確定值，所以采用一個(gè)PI調(diào)節(jié)環(huán)來控制輸出電壓即可。 PFC升壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖4 PFC升壓轉(zhuǎn)換器在基本假設(shè)條件下，近似認(rèn)為在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電源電壓和電流i(a,b,c)保持不變，并用等效電流源來代替。由對(duì)稱性原理知，對(duì)交流電源電壓為va0,vbvc0的[90176。,120176。]區(qū)間的分析，可擴(kuò)展到整個(gè)基波周期。高功率因數(shù)整流器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)一個(gè)開關(guān)周期的理想波形，對(duì)其工作過程描述如下：　　工作方式1(t0tt1)　續(xù)流二極管V導(dǎo)通，其余二極管全部截止，開關(guān)S處于關(guān)斷狀態(tài)。校正電容Ci(a,b,c)在電源電流的作用下，分別與各相電流幅值成比例充電，電容電壓線性上升；槽路電感Lr通過續(xù)流回路給負(fù)荷供電。在控制信號(hào)的作用下，開關(guān)S觸發(fā)導(dǎo)通，工作方式1結(jié)束。此時(shí)加在二極管V1,2上的電壓vac為正，迫使二極管V1,2正向?qū)ā！　」ぷ鞣绞?(t1tt2)　二極管V1,V及開關(guān)S導(dǎo)通。由于vcb為負(fù)，V6不導(dǎo)通，B相電流繼續(xù)給電容Cib充電，電容Cib上的電壓繼續(xù)增加；電容Ci(a,c)與電感Lr構(gòu)成諧振槽路(一)并產(chǎn)生諧振，直到電感Lr中的電流反向，續(xù)流二極管V截止，進(jìn)入工作方式3。由于S處于諧振槽路中，其中的電流按諧振電流規(guī)律變化，但其方向不同于電感電流iLr?！　」ぷ鞣绞?(t2tt3)　二極管V1,2及開關(guān)S繼續(xù)導(dǎo)通，其余二極管截止。電容Cib上的電壓仍在增加，電容Ci(a,c)上儲(chǔ)存的能量通過諧振槽路逐漸轉(zhuǎn)移到電感Lr上，iLr按正弦規(guī)律上升，電容Ci(a,c)上的電壓則逐漸降低。當(dāng)電容Cib和Cic上的電壓相等時(shí)，工作方式3結(jié)束。隨后，電壓vbc為正，二極管V6正向?qū)ā！　?