【文章內容簡介】 所示：表1 PFC電路拓撲結構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)型混合型負極性有不連續(xù)型 2 電路結構及其控制原理的相量分析 主電路結構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管的導通與關斷，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構高頻整流器主電路結構如圖4所示。圖4 高頻整流器主電路 由圖4可以看出，其主電路結構與逆變器的主電路結構是相同的。本文僅就整流方面進行分析研究。從整流橋的左側向右看a，b兩端應等效為一交流源uab。 主電路原理等效電路高頻整流器主電路結構的等效原理圖如圖5所示。圖5 等效原理圖高頻整流器主電路結構的等效原理向量圖如圖6所示。圖6 相量關系圖根據圖5中所示的各相量之間的關系可以得出，能夠滿足該直角三角關系即為整流器穩(wěn)態(tài)運行時功率因數(shù)為1的必要條件，設整流橋直流翰出電壓為Uo，調制信號的調制比為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)抽出時功率因數(shù)為1的充分必要條件。在此式中，共有四個變量，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)調控制m和cosa。為分析方便，首先假設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。設負載為R，直流翰出電壓和電流分別為Uo，Io,則根據輸人翰出功率平衡的原則，電路的輸人功率Pi應該與輸出功率Po相等，即Pi=Po。又因為: 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，從而導致相量uabm的矢端在直線AC方向上移動。設uabm的矢端已移動到B點，因此， 的矢端從B點強行拉到C點，從而滿足了功率因數(shù)等于1時調制信號的相移條件。在此基礎上，只要適當調節(jié)調制比m就可以使抽出電壓達到穩(wěn)定值。設額定輸出時的調制比為me，實際檢測電壓和電流為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k值固定后，調制比m與實際輸出電壓Uoc成反比。根據前面的分析結果可以看出，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，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)就是實現(xiàn)m和cosa的方程式。為了實現(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，確保在一個開關周期內電感電流保持不變；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)，且根據負荷和電源的變化來控制開關頻率。在每一開關周期，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，在基本假設條件下，由于開關頻率遠遠高于基波頻率，在一個開關周期內，電感電流ia恒定不變。在開關S關斷期間，校正電容Cia在ia的作用下線性充電，電容Cia儲能。充電結束時，校正電容Cia上電壓峰值與電源電壓瞬時值成正比。一旦開關S觸發(fā)導通，校正電容儲存的能量轉移到諧振電感上。當電容電壓放電至零時，由整流二極管續(xù)流，電感 Lr中的能量轉移給負載R。當開關電流is過零時，控制開關S關斷，校正電容Cia又由電流ia線性充電，直到開關S再次導通為止。整流器穩(wěn)態(tài)運行時，校正電容Cia上的電壓波形是高頻脈動的，但其包絡線是正弦的(圖2)。在任意半個基波周期內，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。若開關頻率遠遠高于電源頻率、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，校正器自然地從電源吸取同相正弦電流。　　在基本假設條件下，近似認為在一個開關周期內電源電壓和電流i(a,b,c)保持不變，并用等效電流源來代替。由對稱性原理知，對交流電源電壓為va0,vbvc0的[90176。,120176。]區(qū)間的分析，可擴展到整個基波周期。3 控制方案的實現(xiàn) 控制系統(tǒng)的框圖主電路結構控制系統(tǒng)的核心可分為確定k值和確定二值兩部分。共有三個檢測量:翰人電壓、輸出電壓和輸出電流。因為正弦波由檢測電路所得，所以不需要專門的正弦波產生電路。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管的導通與關斷，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)框圖結構控制系統(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電壓相減后，即得到幅值未調但相位確定的調制波。輸出電壓與給定電壓通過PI調節(jié)器后，調節(jié)調制比m, k值與m值確定后。控制電路輸出的電壓即為所求給定調制波，再經過PWM電路和馭動電路就可以控制整流橋上各開關管，達到輸出電壓穩(wěn)定且功率因數(shù)為1的目的。因為對應某一固定抽出電壓，k具有一確定值，所以采用一個PI調節(jié)環(huán)來控制輸出電壓即可。 PFC升壓轉換器的結構圖4 PFC升壓轉換器在基本假設條件下，近似認為在一個開關周期內電源電壓和電流i(a,b,c)保持不變，并用等效電流源來代替。由對稱性原理知，對交流電源電壓為va0,vbvc0的[90176。,120176。]區(qū)間的分析，可擴展到整個基波周期。高功率因數(shù)整流器穩(wěn)態(tài)工作時一個開關周期的理想波形，對其工作過程描述如下：　　工作方式1(t0tt1)　續(xù)流二極管V導通，其余二極管全部截止，開關S處于關斷狀態(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)流回路給負荷供電。在控制信號的作用下，開關S觸發(fā)導通，工作方式1結束。此時加在二極管V1,2上的電壓vac為正，迫使二極管V1,2正向導通?！　」ぷ鞣绞?(t1tt2)　二極管V1,V及開關S導通。由于vcb為負，V6不導通，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構成諧振槽路(一)并產生諧振，直到電感Lr中的電流反向，續(xù)流二極管V截止，進入工作方式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S繼續(xù)導通，其余二極管截止。電容Cib上的電壓仍在增加，電容Ci(a,c)上儲存的能量通過諧振槽路逐漸轉移到電感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。當電容Cib和Cic上的電壓相等時，工作方式3結束。隨后，電壓vbc為正，二極管V6正向導通?！　?