有源功率因數(shù)校正PPT課件

1、1第第6章章 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正6.1.1 有源電力濾波器和有源功率因數(shù)校正 對于消除電力系統(tǒng)的諧波有對于消除電力系統(tǒng)的諧波有無源技術無源技術和和有源技術有源技術兩種辦法兩種辦法 在電網(wǎng)的公用負載端并接一個專用的在電網(wǎng)的公用負載端并接一個專用的功率變換器，對無功及諧波電流進行補功率變換器，對無功及諧波電流進行補償，這就是償，這就是有源濾波器有源濾波器（active active filterfilter） . .它將電網(wǎng)電流補償成為與電它將電網(wǎng)電流補償成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦電流網(wǎng)電壓同相位的正弦電流 在負載即電力電子裝置本身的整流器在負載即電力電子裝置本身的整流器和濾波電容之

2、間增加一個功率變換電路，和濾波電容之間增加一個功率變換電路，這就是這就是有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正（active active power factor correctionpower factor correction，簡稱簡稱apfcapfc）電路，它將整流器的輸入電流校正成為電路，它將整流器的輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，消除了諧與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，消除了諧波和無功電流，因而將電網(wǎng)功率因數(shù)提波和無功電流，因而將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為高到近似為1 1 圖6-1 有源濾波器圖6-2 apfc的基本原理框圖 26.1.2 畸變電流的產(chǎn)生與apfc的基本原理 圖6-3

3、傳統(tǒng)的整流電路及波形由于輸入電流波形畸變導致由于輸入電流波形畸變導致功率因數(shù)下降，并產(chǎn)生高次功率因數(shù)下降，并產(chǎn)生高次諧波分量，污染電網(wǎng)。諧波分量，污染電網(wǎng)。 采用有源功率因數(shù)校正技術是解決上述問采用有源功率因數(shù)校正技術是解決上述問題的有效途徑題的有效途徑 apfc apfc技術的基本思想是將輸入交流進行全技術的基本思想是將輸入交流進行全波整流，在整流電路與濾波電容之間加入波整流，在整流電路與濾波電容之間加入dc/dcdc/dc變換，通過適當控制使輸入電流的波形變換，通過適當控制使輸入電流的波形自動跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸自動跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸出電流跟隨它輸出直流脈動電

4、壓波形，且要出電流跟隨它輸出直流脈動電壓波形，且要保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入和單位功率因數(shù)輸入 6-4 apfc基本電路從原理框圖來看，從原理框圖來看，apfcapfc基本電路就是一種開關基本電路就是一種開關電源，但它與傳統(tǒng)的開關電源的區(qū)別在于：電源，但它與傳統(tǒng)的開關電源的區(qū)別在于：dc/dcdc/dc變換之前沒有濾波電容，電壓是全波整流器輸出變換之前沒有濾波電容，電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動電壓，這個正弦半波脈動直流電的半波正弦脈動電壓，這個正弦半波脈動直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負載電壓都受到壓和整流器的輸出電

5、流與輸出的負載電壓都受到實時的檢測與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達到全波整實時的檢測與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達到全波整流器輸入功率因數(shù)近似為流器輸入功率因數(shù)近似為1 1 36.1.3 有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu) (a) 雙級式 (b) 單級式圖6-5 有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)6.1.4 有源功率因數(shù)校正的控制 （a）峰值電流控制方式 b）平均電流控制方式圖6-7 apfc的控制技術的波形 有源功率因數(shù)校正（有源功率因數(shù)校正（boostapfcboostapfc）技術技術的思路，主要是控制已整流后的電流，使之的思路，主要是控制已整流后的電流，使之在對濾波大電容充電之前，能與整流后的電在對濾波大電容充電之

6、前，能與整流后的電壓波形相同，從而避免電流脈沖的形成，達壓波形相同，從而避免電流脈沖的形成，達到改善功率因數(shù)的目的。到改善功率因數(shù)的目的。 6.1.5 apfc技術的應用 由于由于apfcapfc使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)為使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)為1 1，減小了輸入電流，降低了配電輸入線的損減小了輸入電流，降低了配電輸入線的損耗，消除了用電裝置的諧波分量對電網(wǎng)的耗，消除了用電裝置的諧波分量對電網(wǎng)的污染，因此，凡是本身的工作會產(chǎn)生非線污染，因此，凡是本身的工作會產(chǎn)生非線性，引起電網(wǎng)電壓、電流畸變的電力電子性，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)校正部分對電網(wǎng)裝置，如果增加功率因數(shù)校正部

7、分對電網(wǎng)帶來的效益是明顯的帶來的效益是明顯的; ; 對于用電器本身則對于用電器本身則會增大體積提高成本會增大體積提高成本第四代第四代igbtigbt的工作頻率已達到的工作頻率已達到150150khzkhz，完全可以取代功率完全可以取代功率mosfet; mosfet; 而且用于功率而且用于功率因數(shù)校正的集成控制器已先后出臺并擁入因數(shù)校正的集成控制器已先后出臺并擁入市場，因此市場，因此apfcapfc的成本增加不大，而可靠的成本增加不大，而可靠性大大提高了。同時由于性大大提高了。同時由于apfcapfc增加了一級增加了一級功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，它既要使輸入電流波形呈功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，它既要使輸入電流波形呈正

8、弦波，又要能夠穩(wěn)定輸出電壓，要同時正弦波，又要能夠穩(wěn)定輸出電壓，要同時具有兩個互為矛盾的特性，勢必會造成動具有兩個互為矛盾的特性，勢必會造成動態(tài)響應的惡化。但如果合理設計輸出濾波態(tài)響應的惡化。但如果合理設計輸出濾波電容電容c c，就可適當?shù)玫窖a償。增大輸出濾就可適當?shù)玫窖a償。增大輸出濾波電容波電容c c的容量，使之同時滿足電壓紋波的容量，使之同時滿足電壓紋波和交流突然斷電時維持時間的要求，就能和交流突然斷電時維持時間的要求，就能解決問題解決問題 46.2峰值電流控制的雙級式峰值電流控制的雙級式apfc 盡管apfc對消除電網(wǎng)污染，提高功率因數(shù)的作用很明顯，但控制電路比較復雜，隨著電子技術的發(fā)展

9、，專用于apfc的集成電路（ic）已被開發(fā)研制出來，這對設計高功率因數(shù)，低諧波失真的各類電子電路提供了技術支持。 6.2.1 調(diào)制器mc34261的功能分析 圖6-8 mc34261的引腳功能圖 其中其中1 1腳為反饋電壓輸入端腳為反饋電壓輸入端（u ufbfb），），2 2腳為補償端即誤差放大腳為補償端即誤差放大器的輸出端，與器的輸出端，與1 1腳接有補償元件，腳接有補償元件，3 3腳為乘法器的輸入端，腳為乘法器的輸入端，4 4腳為電流腳為電流傳感器輸入，傳感器輸入，5 5腳為零電流檢測輸腳為零電流檢測輸入，入，6 6腳為接地端，腳為接地端，7 7腳為腳為pwmpwm輸出輸出端，可直接驅(qū)動端

10、，可直接驅(qū)動power mosfetpower mosfet或或igbtigbt，腳腳8 8是是u ucccc提供正電源電壓。提供正電源電壓。用用mc34261mc34261構(gòu)成的構(gòu)成的boost converterboost converter如圖如圖6-96-9所示所示 (一) 誤差放大器誤差放大器（error amplifier）（二）乘法器乘法器（multiplier） 332144)5 . 2(pinfbvpinpinpinuukuuku（三）零電流檢測器零電流檢測器（zero current detector） 5（四（四）電流檢測比較器和電流檢測比較器和rs觸觸發(fā)器（發(fā)器（cur

11、rent sense comparator and rs latch） 944ruipinpk圖6-9 峰值電流控制制的功率因數(shù)校正電路（五（五）計時器（計時器（timer rtimer r） ( (六六) ) 欠壓閉鎖（欠壓閉鎖（under under voltage lockoutuvlovoltage lockoutuvlo） （七）圖騰輸出級（七）圖騰輸出級（totem totem pole output stagepole output stage） （八）邏輯分析（八）邏輯分析 66.2.2 主電路原理分析 圖6-9 峰值電流控制制的功率因數(shù)校正電路（一）開關導通時間圖6-10 開

12、關管導通時等效電路tluiinl1oninlptlui1inininonupluplt2012122(二）關斷時間 oninoninltluttluui110)()(hofft)2(22001ininuuupl（三）斬波頻率 0010201022|)|(2|)|(1upluuuupluuuttfinininininoffons7(四) 升壓電感的數(shù)值計算 max0212uallinhfpl(五) 最大峰值電感電流 ininininlpkpuupiu222202inllpkupi02286.3 6.3 平均電流控制的雙級式平均電流控制的雙級式apfcapfc 6.3.1 平均電流控制的調(diào)制器：u

13、c3854a/b 圖6-12 平均電流控制的功率因數(shù)校正電路 （一）（一） uc3854a/b的極限參數(shù)的極限參數(shù) （二）（二） uc3854a/b內(nèi)部功能內(nèi)部功能 （三）（三） uc3854a/b的使用的使用（applications information） （1） 保護輸入（保護輸入（protection input） （2 2）控制輸入（）控制輸入（control inputs） auiurinacpkpk2502max3鉌電源電壓 22伏 驅(qū)動輸出連續(xù)電流0.5a驅(qū)動輸出占空比50%時的電流 1.5a輸入電壓： 11伏 11伏 5伏 輸入電流： 10ma功率損耗 1w存貯溫度 -65+150焊接溫度（錫焊，10秒鐘） +30096.3.2 主電路參數(shù)選擇 （一）斬波頻率（一）斬波頻率 tsetscrf25. 1或ssettfrc25. 1（二）（二） 升壓電感升壓電感l(wèi)的選擇的選擇 oninltpl022 . 0u00020222 . 0u2 . 0uuuufpfplinlsinlstinl106.4 單級式功率因數(shù)校正變換器（single-stage flyback pfc converter） 圖6-14 單級fly bac