1、現代電力電子學第8章有源功率因數校正技術第8章有源功率因數校正技術8.1單相有源功率因數校正原理8.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器8.4其他單相功率因數校正變換技術8.5三相PFC原理8.6本章小結8.1單相有源功率因數校正原理8.1.1電阻負載模擬8.1.2功率變換器與有源功率因數校正8.1.1電阻負載模擬8.1.1電阻負載模擬可見輸入電流也是正弦波，且與輸入電壓的相位相同，如圖8-1b所示。電阻負載具有單位功率因數，即功率因數PF=1。由以上簡單分析可知：如果某一端口網絡具有純電阻的特性，則該一端口網絡的功率因數PF=1。8.1.1電阻

2、負載模擬圖8-1單相市電給電阻供電a) 電路b)電壓與輸入電流8.1.1電阻負載模擬圖8-2模擬純電阻特性的一端口網絡a) 二極管全橋整流器b) 改造后的一端口網絡8.1.2功率變換器與有源功率因數校正1) 為實現功率因數校正，插入子電路的電壓傳輸比滿足式Tuu(t)=給出的Tuu(t)特性要求，插入子電路必須具有升壓功能；2) 插入子電路的輸入電流i1可控，并跟蹤us(t)的波形變化；3) i1的幅值需要調節到適當的值，以滿足輸出負載功率的要求，使輸出電壓Uo穩定在所需電壓。8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-3具有功率因數校正功能的整流器8.1.2功率變換器與有源功率因數校正8.1

3、.2功率變換器與有源功率因數校正8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-4電壓傳輸比(t)與時間的關系a) 整流直流側電壓b) 電壓傳輸比(t)8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-5有源功率因數校正變換器a)升壓型功率因數校正變換器b) 降升壓型功率因數校正變換器c) Cuk型功率因數校正變換器d) 反激式功率因數校正變換器e) SEPIC PFCf) Zeta PFC8.1.2功率變換器與有源功率因數校正8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-6有源功率因數校正變換器的輸出電流8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-7功率因數校正的控制框圖8.1.2功率變換器與有源功率因

4、數校正8-8.單相BOOST功率因數校正變換器8.1.2功率變換器與有源功率因數校正8.1.2功率變換器與有源功率因數校正圖8-9BOOST變換器的工作模式a) BOOST變換器b) 電感電流連續模式(CCM)模式c) 電感電流斷續模式(DCM)模式8.1.2功率變換器與有源功率因數校正8.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器8.2.1電路原理分析8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制8.2.1電路原理分析1.開關周期階段分析2.占空比D3.輸出濾波電容電流紋波1.開關周期階段分析(1) 階段1(0, DTs)：BOOST電感充磁階段(2) 階段2(DTs，Ts)：BOOS

5、T電感放磁階段1.開關周期階段分析1.開關周期階段分析圖8-10CCM Boost PFC電路與階段分析等效電路a) Boost PFC電路b) 階段1等效電路c) 階段1等效電路(1) 階段1(0, DTs)：BOOST電感充磁階段(2) 階段2(DTs，Ts)：BOOST電感放磁階段2.占空比D2.占空比D2.占空比D圖8-11占空比函數D(t)和PWM信號3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波圖8-12電容電流及頻譜a) 流入電容的電流b) 電容的電流頻譜3.輸出濾波電容電流紋波3.輸出濾波電容電流紋波8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控

6、制圖8-13CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制框圖8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-14PWM調制器原理8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-15CCM Boost PFC電路的改進8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-16電流平均值控制a) 電流平均值控制框圖b) 電感電流波形8.2.2CCM單相BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-17滯環控制a) 電流滯環控制框圖b) 電感電流波形8.2.2CCM單相

7、BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-18電流峰值控制a) 電流峰值控制框圖b) 電感電流波形8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.2CRM單相BOOST功率因數校正變換器的控制8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器圖8-19BOOST變換器及采用CF時的電路波形8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器圖8-20臨界工作模式BOOST變換器及電路波形8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器圖8-21兩個CRM模式的BOOST變換器并聯組合8.3DCM單相BOOST功率因數校正變換器8.3DCM單相BOOST功

8、率因數校正變換器圖8-22輸入總電流a) 驅動脈沖的相位差為零b) 驅動脈沖的相位差為180c) 驅動脈沖的相位差為180，且占空比為50%d) 驅動脈沖的相位差為180，但兩個電感的峰值電流不同8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析圖8-23在CRM模式中電感電流波形8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析圖8-24CRM模式下工作狀態a) 階段1(0,)b) 階段2(,)8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相

9、BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析圖8-25在CRM模式下開關頻率與輸入交流瞬時值的關系a) =230,=400Vb) =90,=400V8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析圖8-26開關頻率極小值與輸入電壓有效值的關系8.3.1CRM單相BOOST功率因數校正變換器電路分析8.3.1CRM單相B

10、OOST功率因數校正變換器電路分析8.3.2CRM單相BOOST功率因數校正變換器的控制圖8-27CRM單相BOOST功率因數校正變換器的控制框圖8.4其他單相功率因數校正變換技術8.4.1無橋型功率因數校正變換電路8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路8.4.3窗口控制功率因數校正變換電路8.4.1無橋型功率因數校正變換電路圖8-28單相BOOST功率因數校正變換電路的改進a) 傳統BOOST PFCb) 無橋型PFC8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-29低頻開關功率因數校正變換電路a)電路b) 輸入電壓、電流、開關驅動脈沖8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-30工作階段1

11、8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-31工作階段28.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-32工作階段38.4.2低頻開關功率因數校正變換電路8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-33工作階段48.4.2低頻開關功率因數校正變換電路8.4.2低頻開關功率因數校正變換電路圖8-34電感值和功率因數的關系(=1.6ms，=0.7ms，L=26mH，C=1.5mF, =230)8.4.3窗口控制功率因數校正變換電路8.4.3窗口控制功率因數校正變換電路圖8-35PFC電路輸入功率分析8.4.3窗口控制功率因數校正變換電路圖8-36功率因數校正變

12、換電路窗口控制概念圖8.4.3窗口控制功率因數校正變換電路圖8-37窗口功率因數校正變換電路實現方式8.5三相PFC原理8.5.1三相單開關Boost PFC電路的控制8.5.2三相六開關PFC電路的控制8.5.3其他三相PFC電路8.5三相PFC原理圖8-38三相單開關Boost PFC電路8.5.1三相單開關Boost PFC電路的控制1.工作原理2.電路的控制1.工作原理(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(3) 階段3(t2tt3)：電感電流下降第二階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段1.工作原理圖8-39三相電網電壓波形及

13、扇區劃分1.工作原理圖8-40三相單開關Boost PFC電路一個開關周期的波形(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段圖8-41DCM模式下電路各工作階段等效電路a) 電感充磁階段b) 電流下降第一階段c) 電流下降第二階段d) 斷流階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(1) 階段1(t0tt1)：電感充磁階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電感電流下降第一階段(2) 階段2(t1tt2)：電

14、感電流下降第一階段(3) 階段3(t2tt3)：電感電流下降第二階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-42電流波形與整流輸出(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-43各次諧波幅值與整流(4) 階段4(t3tt4)：斷流階段圖8-44三相單開關PFC電路的控制2.電路的控制2.電路的控制圖8-45諧波注入法控制框圖8.5.2三相六開關PFC電路的控制1) 各相橋臂上下開關管的驅動脈沖信號在相位上互補；2) 占空比由幅度調制比決定；3) 任何時刻，橋中總有三個驅動脈沖信號處于高電平，即橋中有三個開關管處于導

15、通狀態。8.5.2三相六開關PFC電路的控制圖8-46三相電壓型PWM整流器主電路8.5.2三相六開關PFC電路的控制圖8-47三相電壓型PWM整流器工作波形8.5.2三相六開關PFC電路的控制圖8-48三相PWM整流器交流基波等效電路8.5.2三相六開關PFC電路的控制8.5.2三相六開關PFC電路的控制圖8-49三相PWM整流器交流基波等效電路的相量圖a)基波功率因數角為時的相量圖b)基波功率因數角=0時的相量圖8.5.2三相六開關PFC電路的控制8.5.3其他三相PFC電路1.三相雙開關PFC2.三相三開關PFC電路3.電流型三相PFC電路1.三相雙開關PFC圖8-50三相雙開關三電平PFC電路及控制框圖1.三相雙開關PFC圖8-51三相三開關三電平PFC電路2.三相三開關PFC電路圖8-52維也納整流電路3.電流型三相PFC電路圖8-53電流型三相PFC電路8.6本章小結有源功率因數校正技術是使整流電路獲得較高的功率因數的一種功率變換技術,包含有源功率因數校正變換電路拓撲及其控制技術。單相BOOST 型功率因數校正變換器