【正文】 器 ， 如圖 824所示 。 它能將電網(wǎng)電流補(bǔ)償成為與電網(wǎng)電壓同相的正弦電流 。 另一種是在負(fù)載即電力電子裝置本身的整流器和濾波電容之間增加一個(gè)功率變換電路 ， 這就是有源功率因數(shù)校正 。 它能將整流器的輸入電流校正成與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波 ， 消除了諧波和無(wú)功電流 ， 將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為 1，其原理框圖如圖 825所示 。 有源功率因數(shù)校正器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 824 有源濾波器 母線用電器 1用電器 2有源濾波器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 825 APFC的基本原理框圖 C功率因數(shù)校正電路負(fù)載整流 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 826(a)是傳統(tǒng)的整流濾波電路 ， 整流二極管只有在輸入電壓 ui大于負(fù)載電壓 uo時(shí)才導(dǎo)通 。 也就是說(shuō) ， 只有C ii, 該電流為峰值很高的脈沖電流 ， 如圖 826(b)所示 。 由于輸入電流存在波形畸變因而會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)下降并產(chǎn)生高次諧波分量 ， 污染電網(wǎng) 。 畸變電流的產(chǎn)生與 APFC的基本原理 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 826 (a) 整流濾波電路； (b) 波形圖 uiii RioC uo( a )000? t? t? tiiuiuo( b ) 第 8章 典型電力電子裝置介紹 采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)是解決上述問(wèn)題的有效途徑 。 APFC技術(shù)的基本思想是將輸入交流電進(jìn)行全波整流 ， 在整流電路與濾波電容之間加入 DC/DC變換電路 ， 通過(guò)適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形 ， 即使整流器的輸出電流跟隨它輸出的直流脈動(dòng)電壓波形且要保持儲(chǔ)能電容電壓穩(wěn)定 ， 從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入 ， 其原理如圖 827所示 。 從原理框圖來(lái)看 ， 這就是一種開(kāi)關(guān)電源 ， 但它與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源不同 ， DC/DC變換電路之前沒(méi)有濾波電容 ， 電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動(dòng)電壓 ， 而不像開(kāi)關(guān)電源那樣是方波 。 這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控 ， 控制結(jié)果是使全波整流器的輸入功率因數(shù)近似為 1。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 827 APFC基本電路 D C / D C轉(zhuǎn)換器控制電路uiC＋－RLuo 第 8章 典型電力電子裝置介紹 APFC的電路結(jié)構(gòu)有雙級(jí)式和單級(jí)式兩種 ， 如圖 828所示 。 雙級(jí)式電路是由 Boost轉(zhuǎn)換器和 DC/DC變換器級(jí)聯(lián)而成的 ， 中間直流母線電壓一般都穩(wěn)定在 400 V。 前級(jí)的 Boost電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 ， 后級(jí)的 DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)隔離和降壓 。 其優(yōu)點(diǎn)是每級(jí)電路可單獨(dú)分析 、 設(shè)計(jì)和控制 ， 特別適合作為分布式電源系統(tǒng)的前置級(jí) 。 單級(jí)式 APFC電路集功率因數(shù)校正和輸出隔離 、 電壓穩(wěn)定于一體 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 效率高 ， 但分析和控制復(fù)雜 ， 適用于單一集中式電源系統(tǒng) 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 828 (a) 雙級(jí)式； (b) 單級(jí)式 D C / D C轉(zhuǎn)換器控制電路uiC＋－RL( b )B o o s t轉(zhuǎn)換器控制電路uiC＋－( a )D C / D C轉(zhuǎn)換器控制電路C＋－RL 第 8章 典型電力電子裝置介紹 有源功率因數(shù)校正技術(shù)的思路是 ， 控制已整流后的電流 ， 使之在對(duì)濾波大電容充電之前能與整流后的電壓波形相同 ， 從而避免形成電流脈沖 ， 達(dá)到改善功率因數(shù)的目的 。 有源功率因數(shù)校正電路原理如圖 829所示 ， 主電路是一個(gè)全波整流器 ，實(shí)現(xiàn) AC/DC的變換 ， 電壓波形不會(huì)失真；在濾波電容 C之前是一個(gè) Boost變換器 ， 實(shí)現(xiàn)升壓式 DC/DC變換 。 從控制回路來(lái)看 ， 它由一個(gè)電壓外環(huán)和一個(gè)電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成 。 在工作過(guò)程中 ， 升壓電感 L1中的電流受到連續(xù)的監(jiān)控和調(diào)節(jié) ， 使之能跟隨整流后正弦半波電壓波形 。 有源功率因數(shù)校正的控制 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 829 有源功率因數(shù)校正電路原理 E M I濾波器uiii＋－udC1P W M形成電路L1V乘法器iF*sIudVDC采樣濾波UouC－＋△∞*cU 第 8章 典型電力電子裝置介紹 整流器輸出電壓 ud、 升壓變換器輸出電容電壓 uC與給定電壓 U*c的差值都同時(shí)作為乘法器的輸入 ， 構(gòu)成電壓外環(huán) , 而乘法器的輸出就是電流環(huán)的給定電流 I*s。 升壓變換器輸出電容電壓 uC與給定電壓 U*c作比較的目的是判斷輸出電壓是否與給定電壓相同 ， 如果不相同 ， 可以通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使之與給定電壓相同 ， 調(diào)節(jié)器 （ 圖中的運(yùn)算放大器 ） 的輸出是一個(gè)直流值 ， 這就是電壓環(huán)的作用 。而整流器輸出電壓 ud顯然是正弦半波電壓波形 ， 它與調(diào)節(jié)器結(jié)果相乘后波形不變 ， 所以很明顯也是正弦半波的波形且與 ud同相 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 將乘法器的輸出作為電流環(huán)的給定信號(hào) I*s ， 才能保證被控制的電感電流 iL與電壓波形 ud一致 。 I*s的幅值與輸出電壓 uC同給定電壓 U*c的差值有關(guān) ， 也與 ud的幅值有關(guān) 。 L1中的電流檢測(cè)信號(hào)iF與 I*s構(gòu)成電流環(huán) ， 產(chǎn)生 PWM信號(hào) , 即開(kāi)關(guān) V的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 。 V導(dǎo)通 ， 電感電流 iL增加 。 當(dāng) iL增加到等于電流 I*s時(shí) ， V截止 ， 這時(shí) 使二極管導(dǎo)通 ， 電源和 L1釋放能量 ， 同時(shí)給電容 C充電和向負(fù)載供電 ， 這就是電流環(huán)的作用 。 由升壓直流轉(zhuǎn)換器的工作原理可知 ， 升壓電感 L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式 ， 因此可以得到電流環(huán)中的 PWM信號(hào)即開(kāi)關(guān) V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有兩種產(chǎn)生方式：一種是電感電流臨界連續(xù)的控制方式 ， 另一種是電感電流連續(xù)的控制方式 。 這兩種控制方式下的電壓 、 電流波形如圖 830所示 。 dtdiLu Li 1? 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 830 APFC (a) 峰值電流控制方式； (b) 平均電流控制方式 00uouiiiiiuiudiL? t? t00uouiiiiiuiudiL*sI? t? t( a ) ( b )*sI 第 8章 典型電力電子裝置介紹 由圖 830(a)的波形可知 ， 開(kāi)關(guān) V截止時(shí) ， 電感電流 iL剛好降到零；開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí) ， iL從零逐漸開(kāi)始上升； iL的峰值剛好等于電流給定值 I*s。 即開(kāi)關(guān) V導(dǎo)通時(shí) ， 電感電流從零上升；開(kāi)關(guān)截止時(shí) ， 電感電流從峰值降到零 。 電感電流 iL的峰值包絡(luò)線就是 I*s 。 因此 ,這種電流臨界連續(xù)的控制方式又叫峰值電流控制方式 。 從圖 830(b)的波形可知 ， 這種方式可以控制電感電流 iLI*s曲線上 ， 由高頻折線來(lái)逼近正弦曲線 ， 這就是電流滯環(huán)控制 ， I*s反映的是電流的平均值 ， 因此這種電流連續(xù)的控制方式又叫平均值控制方式 。 電感電流 iL經(jīng)過(guò) C1和射頻濾波后 ， 得到與輸入電壓同頻率的基波電流 ii。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 在相同的輸出功率下 ， 峰值電流控制的開(kāi)關(guān)管電流容量要大一倍 。 平均電流控制時(shí) ， 在正弦半波內(nèi) ， 電感電流不到零 ， 每次 DC/DC開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之前 ， 電感 L1和二極管 VD中都有電流 , 因此開(kāi)關(guān)開(kāi)通的瞬間 ， L1中的電流 、 二極管 VD中的反向恢復(fù)電流對(duì)直流轉(zhuǎn)換電路中的開(kāi)關(guān)器件 V和二極管形成了 “ 壽命殺手 ” ， 在選擇元件時(shí)要特別重視 。 而峰值電流控制沒(méi)有這一缺點(diǎn) ， 只要檢測(cè)電感電流下降時(shí)的變化率 ， 當(dāng)電流過(guò)零時(shí)就允許開(kāi)關(guān)開(kāi)通 ， 而電流的峰值用一個(gè)限流電阻檢測(cè)就能達(dá)到目的 ， 這樣既便宜又可靠 ， 在小功率范圍內(nèi)推廣應(yīng)用是很適合的 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 從上述控制技術(shù)可知 ， Boost 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 Uo是穩(wěn)定的直流電壓 ， 一般為 400 V。 交流電網(wǎng)電壓在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變化 ， 通過(guò)功率因數(shù)校正后的直流電壓都為一穩(wěn)壓的電壓源 ， 隨后再經(jīng)過(guò)變換滿足各種不同應(yīng)用的要求 。 由于 APFC使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)為 1， 減小了輸入電流 ， 降低了配電輸電線的損耗 ， 消除了用電裝置的諧波分量對(duì)電網(wǎng)的污染 。 因此 ， 凡是本身的工作會(huì)產(chǎn)生非線性 ， 引起電網(wǎng)電壓 、 電流畸變的電力電子裝置 ， 如果增加功率因數(shù)校正部分 ， 對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的效益是明顯的 ， 但對(duì)于用電器本身則會(huì)增大體積 ， 提高成本 。 APFC技術(shù)的應(yīng)用 第 8章 典型電力電子裝置介紹 同時(shí) ， 由于 APFC增加了一級(jí)功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) ， 它既要使輸入電流波形呈正弦波 ， 又要能夠穩(wěn)定輸出電壓 ， 要同時(shí)具有這兩個(gè)互相矛盾的特性 ， 勢(shì)必會(huì)造成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的惡化 。 這種影響會(huì)因電路方式的不同而有差異 ， 但如果合理設(shè)計(jì)輸出濾波電容 C，就可得到適當(dāng)補(bǔ)償 。 增大輸出濾波電容 C的容量 ，使之同時(shí)滿足電壓紋波和交流突然斷電時(shí)維持時(shí)間的要求 。 很顯然 ， 如果電容 C是一個(gè)蓄電池 ，像 UPS那樣 ， 那么負(fù)載變化時(shí) ， 快速響應(yīng)由電池和級(jí)聯(lián)的 DC/AC變換解決 ， 而前面的 APFC保證電流波形的跟隨 ， 這樣就可獲得功率因數(shù)高 、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的輸出結(jié)果 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 因此 ， 只要是雙級(jí)式的 APFC， 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就由級(jí)聯(lián)的 DC/DC變換器的后級(jí)承擔(dān) ， 這樣就可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) ， 滿足各種不同電器的需要 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAIT