【正文】 小的設(shè)計(jì)。但電感電流峰值與平均值之間的誤差小，因此 THD很?。? 原則上可以適合任意拓?fù)?，任意支路的電流；如：除了可檢測(cè)Boost變換器的輸入電流外，也可以檢測(cè) buck， flyback變換器的輸入電流，或 Boost， Flyback變換器的輸出電流等。平均電流控制的平均電流控制的 Boost功率因數(shù)校正器電路原理圖以及電感電流波形圖功率因數(shù)校正器電路原理圖以及電感電流波形圖 167。 控制方法 檢測(cè)電流開關(guān) 頻 率 工作模式 對(duì) 噪聲 適用拓?fù)?注電 流峰 值 開關(guān) 電 流 恒定 CCM 敏感 Boost 需斜率 補(bǔ)償電 流滯 環(huán) 電 感 電流變頻 CCM 敏感 Boost 需 邏輯 控制平均 電 流 電 感 電流恒定 任意 不敏感 任意 需 電 流 誤 差放大n 有源功率因數(shù)校正的控制方法 5 PFC集成控制電路 現(xiàn)在的 PFC的控制電路已集成化。目前，這一技術(shù)在中小功率開關(guān)電源、不間斷電源（ UPS）、電子整流器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。UC3853L VDV應(yīng)用應(yīng)用 UC3853的的 APFC電路圖電路圖n 有源功率因數(shù)校正的控制方法 5 PFC集成控制電路 DCM方法又稱電壓跟蹤技術(shù)，沒有電流調(diào)節(jié)環(huán)，輸入電流自動(dòng)跟蹤電源電壓；功率管實(shí)現(xiàn)零電流開通，且不承受二極管反向恢復(fù)電流；具有電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在以下缺點(diǎn)： （ 1）功率因數(shù)與輸入電壓 Ui和輸出電壓 Uo的比 Ui／ Uo有關(guān)。同時(shí)輸入電流波形隨 Ui／ Uo的變化而變化。在大功率電路中，常采用 CCM方式。單相功率因數(shù)校正電路目前在拓?fù)浜涂刂品矫嬉严喈?dāng)成熟。 三相功率因數(shù)校正電路（ PFC ）與單相 PFC 相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)： 輸入功率高； 不存在單相輸入 ( 有中線 ) 電路具有的因中線 3 次諧波電流過(guò)大而燒毀中線的危險(xiǎn)；主電路由三相三線制供電 ( 無(wú)中線 ) ，無(wú)中線電流，無(wú) 3 次諧波及 3 的倍數(shù)次的零序諧波電流，故不存在這些諧波電流所產(chǎn)生的波形畸變和干擾。3 高功率因數(shù)電力電子裝置n 三相有源功率因數(shù)校正（ APFC）技術(shù) 從校正使用的元器件角度考慮，三相功率因數(shù)校正電路有兩種方案：三相無(wú)源 PFC方案和采用高頻開關(guān)的有源三相 PFC方案。 后者又分為兩級(jí)和單級(jí)控制方式，兩級(jí)控制方式通過(guò)兩個(gè)電力電子電路串級(jí)運(yùn)行，在 DCDC 開關(guān)變換器前加一級(jí)前置功率因數(shù)校正器，由功率因數(shù)校正器控制輸入電流波形，并提供一個(gè)初步變換的輸出電壓，用第二級(jí)DC－ DC變換器作負(fù)載調(diào)整。3 高功率因數(shù)電力電子裝置n 三相有源功率因數(shù)校正（ APFC）技術(shù)n 2 三相單管 PFC 拓?fù)? 用 單管 實(shí)現(xiàn)三相交流電源的功率因數(shù)校正，主電路簡(jiǎn)潔，控制電路簡(jiǎn)單 , 可輸出穩(wěn)定的直流電壓，可減小后級(jí) D C D C 變換器的變壓器電壓余量，提高后級(jí)的效率 , 尤其適用于較小功率應(yīng)用 , 具有很大的市場(chǎng)前景。 三相單管 PFC 按輸入類型可分 3 種型式。將單相 Boost功率因數(shù)校正電路的直流電感 L從整流橋直流側(cè)移到交流側(cè)各相，變?yōu)榻涣麟姼小? 當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，二極管導(dǎo)通，各相電感中儲(chǔ)存的能量連同交流電源一同向直流側(cè)負(fù)載供電，各相的電流絕對(duì)值減小。 S導(dǎo)通期間的等效電路圖導(dǎo)通期間的等效電路圖 n 三相有源功率因數(shù)校正（ APFC）技術(shù)（ 1）電感輸入型三相 PFC 電路工作在 DCM下， Boost二極管不存在反向恢復(fù)問題，反向恢復(fù)損耗小，系統(tǒng)成本較低； 但要控制三相電流均為正弦波且和電壓同相位比較困難，難以兼顧三相電流。為了達(dá)到最好的功率因數(shù)校正效果，必須對(duì)三相電壓解耦。 三相電感電流波形圖三相電感電流波形圖 n 三相有源功率因數(shù)校正（ APFC）技術(shù)（ 1）電感輸入型三相 PFC 該電路的另一個(gè)問題是引入低次諧波，其中 5 次和 7 次諧波都超過(guò)了 IEC標(biāo)準(zhǔn)。這樣做的效果是使 5 次諧波減小， 7 次諧波增大，但兩者在 10kW 以下均滿足 IEC標(biāo)準(zhǔn)。 三相單開關(guān)三相單開關(guān) PFC ZCT軟開關(guān)電路軟開關(guān)電路 n 2 三相單管 PFC 拓?fù)? （ 2）電容輸入型三相 PFC 電容輸入型三相 PFC可認(rèn)為是電感輸入型 PFC 的對(duì)偶電路，它可以減小輸出電壓，適用于輸出電壓低于輸入電壓的場(chǎng)合。輸出電流越大，THD 越小，功率因數(shù)越高。電容輸入型 PFC 中開關(guān)工作在高電壓、大電流方式，工作條件差。當(dāng)開關(guān)開通 時(shí) ，電感電流線性上升，峰值和平均值正比于相電壓；開關(guān)關(guān)斷，電感電能通過(guò)變壓器副邊向負(fù)載釋放，輸入平均電流為正弦，功率因數(shù)為 1，儲(chǔ)能電容電壓低于boost 型 PFC，適合應(yīng)用在小功率范圍。優(yōu)點(diǎn)是輸出電容由三個(gè)單相變換器共享，在平衡狀態(tài)，其上的低頻紋波很小，因此可以采用快速的電壓調(diào)節(jié)方式，而不會(huì)引起輸入電流的畸變，動(dòng)態(tài)性能較好。n 3 單相 PFC 電路組合方式 （ 2） 輸出經(jīng)變壓器隔離后并聯(lián)：變壓器隔離的并聯(lián)方式，則不存在這種耦合問題。n 4 多開關(guān)三相 PFC 拓?fù)? 包括三開關(guān)管和六開關(guān)管兩種。開關(guān) S1, S2, S3是雙向開關(guān)。 工作原理：開關(guān)合上時(shí)對(duì)應(yīng)相上的電流幅值增大，開關(guān)斷開時(shí)對(duì)應(yīng)橋臂上的二極管導(dǎo)通 (電流為正時(shí)，上臂二極管導(dǎo)通；電流為負(fù)時(shí)，下臂二極管導(dǎo)通 )，在輸出電壓的作用下 Boost電感上的電流減小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制。三相三開關(guān)三相三開關(guān) PFC電路電路n 4 多開關(guān)三相 PFC 拓?fù)? 該電路工作于低頻下顯著特點(diǎn)是 : 無(wú)需快速器件，成本低；不需要中線，無(wú)三次諧波；滿載時(shí)功率因數(shù)很高；開關(guān)應(yīng)力小，關(guān)斷壓降低。 如果上面電路中的雙向開關(guān)用一只全控器件與四只整流二極管組成的整流橋相聯(lián)接構(gòu)成的雙向開關(guān)來(lái)代替，如下圖所示，就形成了 J. W. Kolar 等提出的 Vienna電路 .用一個(gè)全控器件和四個(gè)整流二極管組成的開關(guān)單元用一個(gè)全控器件和四個(gè)整流二極管組成的開關(guān)單元n 4 多開關(guān)三相 PFC 拓?fù)? Vienna電路的優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每相僅需一個(gè)功率開關(guān)。不需要中線，無(wú)三次諧波；滿載時(shí)功率因數(shù)很高；開關(guān)率力小，關(guān)斷壓降低，開關(guān)損耗低；具有高的功率體積比或高功率重量比；與六開關(guān)全橋 PFC整流電路相比開關(guān)管利用率高，高的運(yùn)行可靠性，不存在開關(guān)直通問題。 六開關(guān)管輸入級(jí)采用三相橋式 PFC 方案，在 6 個(gè)橋臂上都有大功率高頻開關(guān)器件（如 MOSFET、 IGBT等）。缺點(diǎn)：高頻開關(guān)器件多，控制電路復(fù)雜，后面詳細(xì)講。 （ 4）三電平、交錯(cuò)并聯(lián)等技術(shù)以減小輸入諧波和 EMI濾波器的研究； 由于三相 PFC 技術(shù)仍處于不成熟階段，許多公司和實(shí)驗(yàn)室投入了大量的物力和人力，力圖從電路結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)上取得新突破，以便找到一種 成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、具有軟開關(guān)性能、響應(yīng)速度快、輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍寬 的新型三相功率因數(shù)校正電路。在 ACDCAC電壓型變頻器的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的整流方式通常采用不控整流或相控整流方式，并假定中間的直流電壓是固定不變的，逆變側(cè)使用脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生變頻、變幅的輸出交流電壓，控制交流電機(jī)。把逆變電路的 SPWM 技術(shù)用于整流電路，就形成了 PWM 整流電路。167。 這類電路的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。這說(shuō)明PWM 整流電路在單位功率因數(shù)下既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，也可以運(yùn)行在逆變（再生）狀態(tài)，使能量回饋電網(wǎng)。同單相橋式一樣，通過(guò)對(duì)開關(guān) K1， K2， K3， K4， K5， K6進(jìn)行控制，在ＰＷＭ整流電路的交流輸入端Ａ、Ｂ、Ｃ之間產(chǎn)生一個(gè)正弦波調(diào)制三相ＰＷＭ電壓電路工作在整流狀態(tài)，且輸入功率因數(shù)可為 1。同時(shí)保證直流側(cè)輸出電壓 Vdc保持平衡，并且系統(tǒng)能工作在再生狀態(tài)將能量從直流側(cè)反饋到電網(wǎng)中去。當(dāng)ELUd時(shí)，整流器工作在整流狀態(tài)，當(dāng) ELUd時(shí)，整流器工作在再生狀態(tài)。 引入交流電流反饋的稱為直接電流控制；沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制。（ 1） 直接電流控制 直接電流控制是一種通過(guò)對(duì)交流電流的直接控制而使其跟蹤給定電流信號(hào)的控制方法。 a、滯環(huán)電流控制 b、預(yù)測(cè)電流直接控制（根據(jù)負(fù)載情況） c、非線性載波控制（不檢測(cè)輸入電壓）n PWM 控制整流電路n 4 PWM 整流電路的控制方法 （ 2） 間接電流控制 間接電流控制也稱相位幅值控制，是一種基于工頻穩(wěn)態(tài)的控制方法。 a、 SPWM 控制（三角波比較） b、電壓空間矢量 PWM 方式 c、單周期控制（ onecycle） n 雙 PWM 變頻器n 1 引言 在變頻調(diào)速領(lǐng)域 , 采用單 PWM 技術(shù)的普通變頻器 , 其整流部分大多都采用不可控整流方式 , 但這種單 PWM 變頻器存在功率因數(shù)低、網(wǎng)側(cè)諧波污染嚴(yán)重、無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的再生利用等缺點(diǎn) , 對(duì)于要求不太高的場(chǎng)合 , 可以通過(guò)功率因數(shù)補(bǔ)償器或增加其它外圍設(shè)備來(lái)提高功率因數(shù)、減小諧波、使能量能夠再生利用。 167。圖為三相電壓型雙 PWM 變頻器主電路。 兩種工作模式：n (1) 能量由三相交流電網(wǎng)流向電動(dòng)機(jī)負(fù)載n (2) 電動(dòng)機(jī)再生能量饋入三相交流電網(wǎng) n 雙 PWM變頻器可實(shí)現(xiàn) 1）再生能量向電網(wǎng)回饋，可實(shí)現(xiàn)功率雙向流動(dòng)； 2)采用 PWM整流技術(shù)，它直接對(duì)整流橋上各電力電子器件進(jìn)行正弦 PWM控制，使得輸入電流接近正弦波，其相位與電源相電壓相位相同。 雙 PWM變頻器在需要頻繁可逆、快速制動(dòng)的場(chǎng)合，如電力牽引，軋鋼、電梯等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。 雙 PWM 變頻器 雙 PWM變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖n 矩陣式逆變器 隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交直交變頻裝置在傳動(dòng)系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其調(diào)速性能優(yōu)異，節(jié)能效果顯著。 因此研究高效率、高功率密度、高功率因數(shù)、大容量、而且成本較低的電能變換技術(shù)已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。 167。所用的開關(guān)的交流電，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。器件是全控型的，要求具有雙向?qū)ê碗p向阻斷功能。為保證輸入電源不短路，輸出不斷路，任一時(shí)刻一行元器件有且只有一個(gè)器件導(dǎo)通。 矩陣式逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：中間無(wú)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，輸入電流可控制為正弦波，且 和電壓同相，功率因數(shù)為 1，也可控制為需要的其它功率因數(shù)；輸出電壓也為正弦波，頻率不受電網(wǎng)頻率限制；能量可雙向流動(dòng)。n 矩陣式逆變器矩陣式逆變器換流技術(shù) n 換流是指將負(fù)載電流從一個(gè)雙向開關(guān)管換到另一個(gè)雙向開關(guān)管的過(guò)程。n 由于矩陣式變換器特殊的結(jié)構(gòu)決定了輸入側(cè)不能短路、輸出側(cè)不能開路，使得控制開關(guān)之間的切換帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。為減小輸出電壓和輸入電流中的諧波成分，提出如下九段式 PWM控制策略。 2023年， 歐洲的 EUPEC公司 已開發(fā)出專用于矩陣變換器的開關(guān)矩陣模塊；167。 日本安川電機(jī)公司幾年來(lái)一直在進(jìn)行矩陣變換器－交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在非正常工況的控制方法研究，并取得了一系列有意義的成果；167。 丹麥 Aalb大學(xué) 以 C. Klumpner、 P. Nielsen、 D. Casadei、 F. Blaabjerg、 J. K. Pedersen等人為主要成員的研究小組在非正 常工況下矩陣變換器的控制、空間矢量調(diào)制策略、保護(hù)電路 設(shè)計(jì)、矩陣變換器 異步電機(jī)系統(tǒng)高性能控制等方面做出了非 常出色的成績(jī)；167。同時(shí)，他 們已經(jīng)為美國(guó)陸軍研制了一臺(tái)采用最新?lián)Q流技術(shù)并采用矢量控 制技術(shù)的矩陣變換器樣機(jī)，應(yīng)用于其新一代軍用車輛；