單相有源功率因數(shù)校正(APFC) 技�(shù)被廣泛地�(yīng)用在開關(guān)電源、變頻家電等�(lǐng)�,在消除諧波電流污染方面起到了非常重要作用。迄今為�,出�(xiàn)了多種PFC 控制算法,如常規(guī)乘法器算�、電壓跟隨器算法、單周期控制器算法等,它們都有一定的�(yōu)、缺�(diǎn)和不同適用范�。本文根�(jù)功率因數(shù)校正的工作原理和物理含義,推�(dǎo)了一種新型直接控制算�,并�(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)研究�(jìn)行驗(yàn)�。如果輸入電壓和輸出功率已知,該直接控制算法還可以�(jìn)一步簡�。另外,在保證良好功率因�(shù)校正的前提下,為了很好地表征各種PFC 算法的支持輸出功率能力,提出了調(diào)功范圍的概念。此外,隨著智能電網(wǎng)技�(shù)、分布式�(fā)電技�(shù)的發(fā)展和�(yīng)用,出現(xiàn)了單相標(biāo)�(zhǔn)正弦電壓�、準(zhǔn)正弦電壓源、交流方波電壓源以及直流電壓�,為了提高這些電源的利用率和改善微�(wǎng)的供電狀�,上述電壓源都必須采取功率因�(shù)校正技�(shù),即提出了所謂的方波交流PFC 和直流PFC 等概��
根據(jù)功率因數(shù)校正的基本原理和物理意義,理論上推導(dǎo)了一種新型直接控制算�,并通過仿真分析和試�(yàn)研究�(jìn)行了�(yàn)證。結(jié)果表�,該方法通用性很�(qiáng),無需輸入電壓檢測,具有更寬的�(diào)功范圍,且適合任何輸入電壓波�,因而在傳統(tǒng)交流電壓供電或分布式電源�(yīng)用中,如車載交流正弦波電�、交流方波電源的功率因數(shù)校正中具有重要應(yīng)用價值。為了描述問題方�,提出了�(diào)功范圍、正弦交流PFC、方波交流PFC 和直流PFC 等概念�
傳統(tǒng)單相有源PFC 的工作原理的�(shí)�(zhì)�:在每個開�(guān)周期�,借助功率開關(guān)S1 有規(guī)律的通斷過程,通過整流橋和電感L 將電源uac短接,使得電感L 儲存能量,然后將全部儲能或者部分儲能釋放到�(fù)載側(cè)的直流電解電�,同時獲得同步正弦的輸入電流波形和穩(wěn)定的直流輸出電壓。傳�(tǒng)單相有源PFC 的控制策略是電流閉環(huán)( �(nèi)�(huán)) 和電壓閉�(huán)控制( 外環(huán)),可以獲得很好的控制效果。但�,對于采用模擬控制的APFC,同一套參�(shù)很難兼顧輕載與重載時校正效果�
對于分布式發(fā)電或�(shù)碼發(fā)電等�(yīng)�,由于交流電壓為高質(zhì)量的交流正弦波電壓、交流方波電壓或直流電壓,即APFC 的輸入電壓穩(wěn)定,通過只檢測電感電流有效�,就可以直接計算占空�,此時無需檢測輸出電壓,這就是輸入交流電壓與輸出直流電壓均不檢測的APFC 的工作原�。參考單相正弦交流電源的功率因數(shù)概念,為了提高電源的利用�,輸入電流波形應(yīng)該與輸入電壓波形相似,從而提出了方波交流PFC 和直流PFC 等概念,方波交流PFC 即輸入電壓為交流方波電壓的PFC,直流PFC 即輸入電壓為直流電壓的PFC�
由于該算法能夠直接計算PFC 的占空比,因此,具有校正效果�、支持功率范圍寬等優(yōu)�(diǎn)。表面看來,該控制算法由于檢測電感電流有效�,存在滯后現(xiàn)�。為了提高快速性和保持�(wěn)定�,可以采用滑動平均濾波算�。為了表征APFC 系統(tǒng)支持輸出功率的能力,提出�(diào)功范圍概�,即保證良好功率因數(shù)校正�,APFC 系統(tǒng)能夠支持的輸出功率與最小輸出功率之��
�(dāng)輸出電壓U0�(shè)置不變,而且輸入電壓有效值也不變�,隨著負(fù)載的增加,輸出電壓瞬時值有下降的趨�,輸出電流會上升,電感電流瞬時值上�,此時可以減少k,增大總體占空比,結(jié)果輸入電流有效值增�,輸出電壓恢�(fù)到設(shè)定�,獲得新的穩(wěn)定工作點(diǎn)。同�,可以分析輸入電壓與輸出電壓變化時的情況�
�(shè)計制作了6. 6 kW 的單相交流正弦電壓輸入的�(shù)字有源PFC 的功率模�,整流橋采�2 �25 A/100 C 扁型整流橋并�(lián),功率開關(guān)采用單只80 A/100 C 的SGL160N60UF,FRD 采用單只40 A/100 C 的FFAF40U60DN,升壓電感選擇40 A�1. 9 mH 硅鋼電感,交流吸收電容選擇3. 3 F /275VAC 的無感電�,電解電容選擇6 �680 F /400 VAC 的電解電容并�(lián),核心控制器選擇NEC 1 6 bit PD1 8 F 1 2 0 1 ,固定開關(guān)頻率�20 kHz.
�(jīng)過大量的硬件與軟件調(diào)�,最終實(shí)�(xiàn)了輸入交流電�150 � 265 V、輸出直流電壓平均�365 V、適合輸入頻�50 Hz /60 Hz 的數(shù)字PFC 功率模塊,最小輸入電流低�0. 5 Arms、輸出直流電流接�40 Arms 的情況下均能獲得接近1的輸入功率因�(shù),諧波電流分布符合�(biāo)�(zhǔn)IEC61000-3-2: 2000 和IEC 61000-3-12: 2005.
由于該算法能夠直接計算PFC 的占空比,因此,具有校正效果好、支持功率范圍寬等優(yōu)�(diǎn).表面看來,該控制算法由于檢測電感電流有效�,存在滯后�(xiàn)�.為了提高快速性和保持�(wěn)定�,可以采用滑動平均濾波算法.為了表征APFC 系統(tǒng)支持輸出功率的能�,提出�(diào)功范圍概�,即保證良好功率因�(shù)校正�,APFC 系統(tǒng)能夠支持的輸出功率與最小輸出功率之�.
�(dāng)輸出電壓U0�(shè)置不�,而且輸入電壓有效值也不變�,隨著�(fù)載的增加,輸出電壓瞬時值有下降的趨�,輸出電流會上�,電感電流瞬時值上�,此時可以減少k,增大總體占空�,�(jié)果輸入電流有效值增�,輸出電壓恢復(fù)到設(shè)定�,獲得新的�(wěn)定工作點(diǎn).同理,可以分析輸入電壓與輸出電壓變化時的情�.
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