1、第五章第五章 第一節(jié)第一節(jié)高頻開關(guān)整流器高頻開關(guān)整流器本章要介紹的內(nèi)容重點(diǎn)v與傳統(tǒng)整流器相比較的優(yōu)缺點(diǎn)v有源功率因數(shù)校正的基本原理v目前高頻開關(guān)整流器研究和發(fā)展的方向v高頻開關(guān)整流器的框架結(jié)構(gòu)v整流器的性能指標(biāo)及其參數(shù)定義整流器件有兩種整流器件有兩種: 二極管二極管 晶閘管晶閘管(可控硅可控硅)不控整流器件不控整流器件 相控整流器件相控整流器件整流器整流器:把交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O(shè)備把交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O(shè)備. 相控整流器、高頻開關(guān)整流器相控整流器、高頻開關(guān)整流器 不控整流器不控整流器 相控整流相控整流 A陽極陽極C陰極陰極G控控制極制極A陽極陽極C陰極陰極u2 VD1 VD2VD3VD4udu1

2、u2 VD1 VD2VD3VD4udu1以單相整流為例以單相整流為例分析這兩個(gè)電路要說明分析這兩個(gè)電路要說明:當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí),不控整流輸出的是不不控整流輸出的是不穩(wěn)壓的直流電壓；可控整流靠控制可控硅導(dǎo)通時(shí)間的長短來確穩(wěn)壓的直流電壓；可控整流靠控制可控硅導(dǎo)通時(shí)間的長短來確保電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出直流電壓穩(wěn)定不變保電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出直流電壓穩(wěn)定不變;工頻工頻變壓器變壓器變壓變壓整流整流工頻工頻濾波濾波直流輸出直流輸出電電網(wǎng)網(wǎng)控制控制電路電路傳統(tǒng)的通信用整流器都為相控整流傳統(tǒng)的通信用整流器都為相控整流,其電路框圖為其電路框圖為:所以傳統(tǒng)的通信用整流器應(yīng)為相控整流，因?yàn)楫?dāng)電所以傳統(tǒng)的通信

3、用整流器應(yīng)為相控整流，因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)網(wǎng)電壓變化時(shí),要保證整流器輸出要保證整流器輸出48V不變。不變。傳統(tǒng)通信用整流器已經(jīng)達(dá)不到當(dāng)今國內(nèi)國際對(duì)整流器性能的要傳統(tǒng)通信用整流器已經(jīng)達(dá)不到當(dāng)今國內(nèi)國際對(duì)整流器性能的要求，所以它已開始被淘汰。新的開關(guān)整流器產(chǎn)生。下面講整流求，所以它已開始被淘汰。新的開關(guān)整流器產(chǎn)生。下面講整流器的基本性能指標(biāo)。器的基本性能指標(biāo)。整流器最基本的性能指標(biāo)有整流器最基本的性能指標(biāo)有: 整流器輸出的直流電壓按迭加原理可分解為直流成分整流器輸出的直流電壓按迭加原理可分解為直流成分U0（即直流平均電（即直流平均電壓值）壓值）和交流成分（和交流成分（電壓脈動(dòng)成分電壓脈動(dòng)成分），電

4、壓脈動(dòng)成分按傅立葉變換分解成各次），電壓脈動(dòng)成分按傅立葉變換分解成各次諧波。諧波。1.電壓紋波系數(shù)電壓紋波系數(shù)RF（Ripple Factor） 輸出直流電壓中，全部交流諧波分量有效值輸出直流電壓中，全部交流諧波分量有效值U（又稱為紋波電壓）（又稱為紋波電壓）與輸出電壓直流平均值與輸出電壓直流平均值U0之比。之比。vH0RF/UU2.2.電壓脈動(dòng)系數(shù)電壓脈動(dòng)系數(shù)S Sn n 整流器輸出電壓中，最低次諧波幅值整流器輸出電壓中，最低次諧波幅值U Unmnm與直流平均值與直流平均值U U0 0之比：之比：nnm0S/UU整流器的整流器的輸入輸入功率因數(shù)：功率因數(shù)：交流電輸入整流器的有功功率交流電輸入

5、整流器的有功功率P與其輸入的視在與其輸入的視在功率功率S之比。之比。 0L111coscosLTuidtTUIIPPFSUIUII式中式中 P有功功率有功功率(W)； S視在功率視在功率(VA)； 電網(wǎng)交流電壓、電流的瞬時(shí)值；電網(wǎng)交流電壓、電流的瞬時(shí)值； 電網(wǎng)電壓有效值、電網(wǎng)流入整流器電流的有效值；電網(wǎng)電壓有效值、電網(wǎng)流入整流器電流的有效值； TL輸入工頻交流的周期輸入工頻交流的周期(s)。 基波電壓與電流的相位差。基波電壓與電流的相位差。 cos -基波相移因子基波相移因子 -上式基波電流上式基波電流 與與 之比為之比為畸變因子畸變因子DF（Distortion Factor）.當(dāng)輸入電流與

6、電壓同相位、又是只有當(dāng)輸入電流與電壓同相位、又是只有50Hz正弦波正弦波(基波電流）時(shí)，基波電流）時(shí)， PF1，稱為，稱為單位功率因數(shù)單位功率因數(shù)UPF（Unit Power Factor）。）。1/II1II,U I,u i3、輸入功率因數(shù)、輸入功率因數(shù)PF(Power Factor) .24232221 IIIII式中式中 I1基波（基波（50Hz)電流有效值，通常為電網(wǎng)電流有效值，通常為電網(wǎng)流入整流器流入整流器電流有效值的主要成分；電流有效值的主要成分； I2、I3、I4 . - 第第2、3、4次等（理論上有無窮多次）諧波電流有效值。次等（理論上有無窮多次）諧波電流有效值。當(dāng)檢驗(yàn)電流的畸

7、變程度時(shí)，通常起重要影響的是幅值相對(duì)較大、頻率相對(duì)當(dāng)檢驗(yàn)電流的畸變程度時(shí)，通常起重要影響的是幅值相對(duì)較大、頻率相對(duì)較低的諧波，一般計(jì)算時(shí)取較低的諧波，一般計(jì)算時(shí)取24個(gè)頻率的諧波。個(gè)頻率的諧波。 通過傅立葉變換，對(duì)電網(wǎng)通過傅立葉變換，對(duì)電網(wǎng)流入整流器的畸變電流流入整流器的畸變電流進(jìn)行分析可知，除進(jìn)行分析可知，除基波電流外，還有各高次諧波電流基波電流外，還有各高次諧波電流4、輸入電流總諧波含量、輸入電流總諧波含量 THD （Total Harmonic Distortion） 除基波電流外的所有諧波電流總有效值與基波電流有效值之比除基波電流外的所有諧波電流總有效值與基波電流有效值之比。用來衡用來

8、衡量量流入整流器流入整流器電流的畸變程度，或稱電流的畸變程度，或稱流入流入電流總諧波畸變。該值越小越好電流總諧波畸變。該值越小越好%100.1242322IIIITHD （1）如果輸入功率因數(shù)低，電能利用率降低，又要保證整流器輸）如果輸入功率因數(shù)低，電能利用率降低，又要保證整流器輸出功率不變，那么整流器輸入交流電流就要增大，出功率不變，那么整流器輸入交流電流就要增大，對(duì)于電源設(shè)備來對(duì)于電源設(shè)備來說，大的電流對(duì)電子器件的要求會(huì)更高，損耗也會(huì)更大。反過來，畸變的說，大的電流對(duì)電子器件的要求會(huì)更高，損耗也會(huì)更大。反過來，畸變的電流又會(huì)污染電網(wǎng)，而大的電流又會(huì)污染電網(wǎng)，而大的電流，對(duì)于電網(wǎng)來說電流，對(duì)

9、于電網(wǎng)來說,就需要更大容量的傳就需要更大容量的傳輸線輸線 、斷路器及配電變壓器等供電設(shè)備（增加費(fèi)用）斷路器及配電變壓器等供電設(shè)備（增加費(fèi)用）,且同時(shí)損耗也增大且同時(shí)損耗也增大； （2）諧波電流產(chǎn)生電磁干擾，干擾通信、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、收音機(jī)等設(shè)）諧波電流產(chǎn)生電磁干擾，干擾通信、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、收音機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行。備的正常運(yùn)行。 （3）諧波電流的）諧波電流的“二次效應(yīng)二次效應(yīng)”，既電流流過線路阻抗而造成的諧波壓降，既電流流過線路阻抗而造成的諧波壓降反過來使電網(wǎng)電壓波形（原來是正弦波）也發(fā)生畸變，污染電網(wǎng)。反過來使電網(wǎng)電壓波形（原來是正弦波）也發(fā)生畸變，污染電網(wǎng)。 （4）三相四線制電路中，三相的

10、三次諧波在中線中的電流同相位，合成）三相四線制電路中，三相的三次諧波在中線中的電流同相位，合成中線電流很大，可能超過相電流，中線又無保護(hù)裝置，使中線因過流而導(dǎo)中線電流很大，可能超過相電流，中線又無保護(hù)裝置，使中線因過流而導(dǎo)致中線過熱而引起火災(zāi)并損壞電器設(shè)備。致中線過熱而引起火災(zāi)并損壞電器設(shè)備。 低功率因數(shù)、高低功率因數(shù)、高THD的危害性的危害性 主要有主要有： 整流器除以上四個(gè)基本性能指標(biāo)外，還有效率、重量、整流器除以上四個(gè)基本性能指標(biāo)外，還有效率、重量、體積、成本等都是衡量一個(gè)整流器的重要指標(biāo)。電網(wǎng)電壓變體積、成本等都是衡量一個(gè)整流器的重要指標(biāo)。電網(wǎng)電壓變化范圍有多大時(shí)，整流器的輸出能穩(wěn)定，

11、這也是整流器的一化范圍有多大時(shí)，整流器的輸出能穩(wěn)定，這也是整流器的一個(gè)性能指標(biāo)。個(gè)性能指標(biāo)。見下表見下表 我國國家技術(shù)監(jiān)督局頒布了電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 14549-93） 。 對(duì)設(shè)備國際電工學(xué)會(huì)制定IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)整流器一般不符合新的規(guī)定；IEC 61000-3-2A類標(biāo)準(zhǔn)類標(biāo)準(zhǔn) 奇次諧波次數(shù)最大允許的諧波電流值（A）32.3051.1470.7790.40110.33130.21n=15 至 390.15*15/n偶次21.0840.4360.30n=8 至 400.23*8/n注：表中n為諧波次數(shù) 所以對(duì)公網(wǎng)和設(shè)備在國內(nèi)和國際上都有對(duì)諧波的要求所以對(duì)公網(wǎng)和設(shè)

12、備在國內(nèi)和國際上都有對(duì)諧波的要求傳統(tǒng)的通信用整流器不滿足當(dāng)今整流器性能指標(biāo)主要傳統(tǒng)的通信用整流器不滿足當(dāng)今整流器性能指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：有以下幾點(diǎn)：1、輸入功率因數(shù)低、輸入功率因數(shù)低2、體積重量大、體積重量大3、電網(wǎng)電壓變化范圍大時(shí)，難滿足輸出穩(wěn)定、電網(wǎng)電壓變化范圍大時(shí)，難滿足輸出穩(wěn)定下面我們開始講下面我們開始講高頻開關(guān)整流器高頻開關(guān)整流器市市電電圖圖6-1 高頻開關(guān)整流器電路框圖高頻開關(guān)整流器電路框圖 a)無預(yù)調(diào)級(jí)無預(yù)調(diào)級(jí) 高頻開關(guān)整流器常用電路的組成框圖高頻開關(guān)整流器常用電路的組成框圖1、無預(yù)調(diào)級(jí)方案無預(yù)調(diào)級(jí)方案 主要電路是由電網(wǎng)側(cè)主要電路是由電網(wǎng)側(cè)不控整流不控整流電路與電路與直流變換直流

13、變換電路兩部分電路兩部分: 不控整流不控整流: 將工頻交流輸入電壓直接整流將工頻交流輸入電壓直接整流(采用二極管器件采用二極管器件)。單相不控橋式整。單相不控橋式整 流或三相不控橋式整流流或三相不控橋式整流. 直流變換直流變換: DC-DC變換器變換器,PPT第三章第三章-指隔離式指隔離式DC-DC變換器變換器. 鋪助電路鋪助電路:抗干擾抗干擾(EMI)濾波電路濾波電路 和和 平滑濾波器濾平滑濾波器濾抗干擾抗干擾(EMI)(EMI)濾波電路濾波電路:1、用以抑制后級(jí)高頻開關(guān)變換電路運(yùn)行時(shí)的高頻脈動(dòng)電流、用以抑制后級(jí)高頻開關(guān)變換電路運(yùn)行時(shí)的高頻脈動(dòng)電流成分對(duì)電網(wǎng)的干擾（稱為防反灌）；成分對(duì)電網(wǎng)的

14、干擾（稱為防反灌）；2、用以抑制電網(wǎng)中出現(xiàn)的尖峰脈沖過電壓損、用以抑制電網(wǎng)中出現(xiàn)的尖峰脈沖過電壓損壞開關(guān)整流器的器件壞開關(guān)整流器的器件(濾掉電壓的高頻干擾，既去掉輸入電壓波形的尖峰毛刺）；濾掉電壓的高頻干擾，既去掉輸入電壓波形的尖峰毛刺）；3、并抑制電網(wǎng)對(duì)整流后輸出電壓的尖峰脈沖電壓干擾。、并抑制電網(wǎng)對(duì)整流后輸出電壓的尖峰脈沖電壓干擾。平滑濾波器濾平滑濾波器濾:除去交流除去交流成分，使整流后的電壓平滑，得到較高電壓的不穩(wěn)壓的直流電壓成分，使整流后的電壓平滑，得到較高電壓的不穩(wěn)壓的直流電壓.直流直流輸出輸出高頻高頻逆變逆變 控制控制DC-DC變換級(jí)變換級(jí)高頻高頻變壓變壓高頻高頻濾波濾波高頻高頻整

15、流整流 抗干抗干擾濾波擾濾波 電電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)側(cè)整流整流平滑平滑濾波濾波電網(wǎng)側(cè)整流濾波電路電網(wǎng)側(cè)整流濾波電路不控整流不控整流iiui VD1 VD2uCVD3VD4輸出到輸出到DC/DC變換器變換器輸入側(cè)輸入側(cè)平滑濾波器平滑濾波器濾除交流成分，得到較高電壓的不穩(wěn)壓的直流濾除交流成分，得到較高電壓的不穩(wěn)壓的直流電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，電容上的電壓值也會(huì)發(fā)生變化電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，電容上的電壓值也會(huì)發(fā)生變化，所以它是，所以它是不穩(wěn)壓的直流電壓。不穩(wěn)壓的直流電壓。（無預(yù)調(diào)級(jí)時(shí)，該電容較大）直流直流輸出輸出市市電電圖圖6-1 高頻開關(guān)整流器電路框圖高頻開關(guān)整流器電路框圖 b)有預(yù)調(diào)級(jí)有預(yù)調(diào)級(jí)2、有預(yù)調(diào)級(jí)

16、方案、有預(yù)調(diào)級(jí)方案 目前單相輸入的通信用整流器基本上都有一級(jí)功率因數(shù)校正級(jí)（預(yù)調(diào)級(jí)）目前單相輸入的通信用整流器基本上都有一級(jí)功率因數(shù)校正級(jí)（預(yù)調(diào)級(jí)），而三相輸入的有源功率因數(shù)校正級(jí)，而三相輸入的有源功率因數(shù)校正級(jí)APFC的電路復(fù)雜，應(yīng)用尚不普遍。目前的電路復(fù)雜，應(yīng)用尚不普遍。目前三相整流器的三相整流器的APFC在設(shè)計(jì)的復(fù)雜度方面、電路運(yùn)行的可靠性方面、校正效果在設(shè)計(jì)的復(fù)雜度方面、電路運(yùn)行的可靠性方面、校正效果等方面都在做進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)開發(fā)，希望在校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上和控制電等方面都在做進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)開發(fā)，希望在校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上和控制電路結(jié)構(gòu)上，有所突破，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定的效果。路

17、結(jié)構(gòu)上，有所突破，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定的效果。 抗干抗干擾濾擾濾波波 電電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)側(cè)整流整流功率因數(shù)功率因數(shù)校正校正DC-DCDC-DC變換級(jí)變換級(jí)（同上）（同上）有源功率因數(shù)校正級(jí)有源功率因數(shù)校正級(jí) 控制控制不控整流不控整流 在方案在方案1中，增加了中，增加了有源功率因數(shù)校正級(jí)（有源功率因數(shù)校正級(jí)（APFC） 有時(shí)在不控整流后面加一個(gè)小的電容，它不改變整流后的電壓波形有時(shí)在不控整流后面加一個(gè)小的電容，它不改變整流后的電壓波形,只只去掉波形上的小毛刺去掉波形上的小毛刺.見下圖見下圖該方案該方案允許輸入的交流電壓有更大的變化范圍允許輸入的交流電壓有更大的變化范圍其作用其作用:用來校正輸入電流波形

18、、提高用來校正輸入電流波形、提高 輸入功率因數(shù)和穩(wěn)定本級(jí)輸出電壓，輸入功率因數(shù)和穩(wěn)定本級(jí)輸出電壓，又稱為又稱為有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正(APFC,Active Power Factor Correction)級(jí)級(jí)VTL電流比較器電流比較器 乘法器乘法器電壓比較器UrefCf+-UoVD1VD2C1PWMUdiVTut外外環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)環(huán)環(huán)小電容小電容C1兩端的電壓仍然是一個(gè)正弦半波，電容只是去掉了正弦半兩端的電壓仍然是一個(gè)正弦半波，電容只是去掉了正弦半波上的高頻毛刺。波上的高頻毛刺。 高頻開關(guān)整流器主電路構(gòu)成舉例高頻開關(guān)整流器主電路構(gòu)成舉例 C1用來減小用來減小VT1開關(guān)工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)輸入高頻

19、脈動(dòng)電流成分既開關(guān)工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)輸入高頻脈動(dòng)電流成分既“防反灌防反灌”，實(shí)，實(shí)際電路常采用較完善的際電路常采用較完善的抗干擾濾波器抗干擾濾波器。 市電市電U1（通常為（通常為220V）直接整流成單相全波脈動(dòng)直流電壓）直接整流成單相全波脈動(dòng)直流電壓ud （注（注:用來濾除用來濾除高頻脈動(dòng)電壓的小容量平滑濾波電容未畫出）。高頻脈動(dòng)電壓的小容量平滑濾波電容未畫出）。 圖中升壓型為功率因數(shù)校正（預(yù)調(diào)節(jié)）電路，改善輸入電流波形提高輸入側(cè)圖中升壓型為功率因數(shù)校正（預(yù)調(diào)節(jié)）電路，改善輸入電流波形提高輸入側(cè)的功率因數(shù)，并將脈動(dòng)直流電壓變換升高為的功率因數(shù)，并將脈動(dòng)直流電壓變換升高為C2上穩(wěn)定的直流電壓上穩(wěn)定的直

20、流電壓UC2（通常約（通常約400V）供給直流變換電路。）供給直流變換電路。 圖中的直流變換電路是半橋式直流變換電路。圖中的直流變換電路是半橋式直流變換電路。單相高頻開關(guān)整流器主電路一例單相高頻開關(guān)整流器主電路一例注注:半橋直流變換中半橋直流變換中,使用了高頻單相橋式整流使用了高頻單相橋式整流. 高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的整流器比較高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的整流器比較問：通過分析高頻開關(guān)整流器和傳統(tǒng)的整流器的組成結(jié)構(gòu)，說說高頻開關(guān)整問：通過分析高頻開關(guān)整流器和傳統(tǒng)的整流器的組成結(jié)構(gòu)，說說高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的整流器相比具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？為什么要向高頻發(fā)展流器與傳統(tǒng)的整流器相比具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？為什么要向高

21、頻發(fā)展?提高開關(guān)頻提高開關(guān)頻率的瓶頸是什么率的瓶頸是什么?工頻工頻變壓器變壓器變壓變壓整流整流工頻工頻濾波濾波直流輸出直流輸出電電網(wǎng)網(wǎng)控制控制電路電路 抗干抗干擾濾擾濾波波 電電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)側(cè)整流整流功率因數(shù)功率因數(shù)校正校正DC-DCDC-DC變換級(jí)變換級(jí)（同上）（同上）有源功率因數(shù)校正級(jí)有源功率因數(shù)校正級(jí) 控制控制不控整流不控整流高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的整流器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的整流器相比具有以下優(yōu)點(diǎn): 1、減少了體積和重量；減少了體積和重量；(工頻變壓器和工頻濾波器工頻變壓器和工頻濾波器) 2、減少了散熱，提高了效率；、減少了散熱，提高了效率； 3、輸入功率因數(shù)高；、輸入功率因數(shù)

22、高； 4、有、有“有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正”的開關(guān)整流器允許輸入的交流電的開關(guān)整流器允許輸入的交流電 壓有更大的變化范圍。壓有更大的變化范圍。 隨著開關(guān)頻率越高，體積和重量越小。隨著開關(guān)頻率越高，體積和重量越小。注注:大功率的傳統(tǒng)相控整流器之所以體積和重量大是因?yàn)樗墓ゎl變壓器大功率的傳統(tǒng)相控整流器之所以體積和重量大是因?yàn)樗墓ゎl變壓器和工頻濾波器。高頻開關(guān)整流器中高頻變壓器和高頻濾波器代替工頻變和工頻濾波器。高頻開關(guān)整流器中高頻變壓器和高頻濾波器代替工頻變壓器和工頻濾波器壓器和工頻濾波器,體積和重量減小體積和重量減小;另外電源體積小了另外電源體積小了,散熱就少了散熱就少了,使用使用的

23、散熱器小的散熱器小,電源體積又有進(jìn)一步減小電源體積又有進(jìn)一步減小.高頻開關(guān)整流器高頻開關(guān)整流器: 從組成結(jié)構(gòu)看，與傳統(tǒng)的整流器相比，去掉了工頻變壓器和工從組成結(jié)構(gòu)看，與傳統(tǒng)的整流器相比，去掉了工頻變壓器和工頻濾波器頻濾波器, 增加了高頻變壓器和高頻濾波器。增加了高頻變壓器和高頻濾波器。 輸入輸入功率因數(shù)校正的基本原理功率因數(shù)校正的基本原理 對(duì)于整流器這樣的電力電子設(shè)備來說，輸入功率因數(shù)在國內(nèi)和國際上都是對(duì)于整流器這樣的電力電子設(shè)備來說，輸入功率因數(shù)在國內(nèi)和國際上都是有要求的，凡是不滿足要求的設(shè)備是不允許生產(chǎn)和使用的。如果大量不合格的有要求的，凡是不滿足要求的設(shè)備是不允許生產(chǎn)和使用的。如果大量不

24、合格的設(shè)備接入電網(wǎng)使用的話，污染電網(wǎng)，會(huì)使供電和用電系統(tǒng)癱瘓。設(shè)備接入電網(wǎng)使用的話，污染電網(wǎng)，會(huì)使供電和用電系統(tǒng)癱瘓。高頻開關(guān)整流器中不良功率因數(shù)的成因高頻開關(guān)整流器中不良功率因數(shù)的成因 沒有沒有“有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正”的高頻開關(guān)電源中的高頻開關(guān)電源中,常用大的電解電容作為平滑濾波。常用大的電解電容作為平滑濾波。iiui VD1 VD2uCVD3VD4輸出到輸出到DC/DC變換器變換器輸入側(cè)輸入側(cè)正因?yàn)檫@個(gè)做平滑濾波作用的大的電解電容，使輸入交流電流波正因?yàn)檫@個(gè)做平滑濾波作用的大的電解電容，使輸入交流電流波形發(fā)生畸變，降低了功率因數(shù)。形發(fā)生畸變，降低了功率因數(shù)。這種電路簡(jiǎn)單、易做、

25、成本低。但它的功率因數(shù)才這種電路簡(jiǎn)單、易做、成本低。但它的功率因數(shù)才0.60.8；總；總諧波含量諧波含量THD為為100%-150%。對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。設(shè)電網(wǎng)的功率因數(shù)為設(shè)電網(wǎng)的功率因數(shù)為1在純阻負(fù)載的情況下在純阻負(fù)載的情況下:tuitiiudtiiui VD1 VD2uCVD3VD4udi輸入功率因數(shù)為輸入功率因數(shù)為1 it6-4 電容濾波整流器輸入尖峰電流的形成電容濾波整流器輸入尖峰電流的形成a)電容濾波整流器電路一例電容濾波整流器電路一例 b)電容濾波整流器波形電容濾波整流器波形整流橋后面加整流橋后面加大的電解電容大的電解電容作為平滑濾波作為平滑濾波iiiiui V

26、D1 VD2uCVD3VD4輸出到輸出到DC/DC變換器變換器輸入側(cè)輸入側(cè)tui 穩(wěn)態(tài)時(shí)電容已充上接近于電網(wǎng)電壓穩(wěn)態(tài)時(shí)電容已充上接近于電網(wǎng)電壓峰值的電壓峰值的電壓uC。由于大電解電容的電壓。由于大電解電容的電壓變化慢，交流電網(wǎng)電壓變化慢，交流電網(wǎng)電壓ui只有在接近于只有在接近于最大值而超過電容電壓最大值而超過電容電壓uC的短時(shí)間（如的短時(shí)間（如t1t2）范圍內(nèi)，整流橋的一對(duì)二極管）范圍內(nèi)，整流橋的一對(duì)二極管（VD1、VD4或或VD2、VD1）才會(huì)導(dǎo)通）才會(huì)導(dǎo)通，再次對(duì)電容充電，充電電流瞬時(shí)值的，再次對(duì)電容充電，充電電流瞬時(shí)值的峰值大。這樣形成不連續(xù)的電流尖脈沖峰值大。這樣形成不連續(xù)的電流尖脈沖

27、，輸入電流波形發(fā)生畸變。，輸入電流波形發(fā)生畸變。 i 所以要對(duì)它進(jìn)行功率因數(shù)校正所以要對(duì)它進(jìn)行功率因數(shù)校正iiui VD1 VD2uCVD3VD4udi功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正分為分為無源無源功率因數(shù)校正和功率因數(shù)校正和有源有源功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正1、無源功率因數(shù)校正：、無源功率因數(shù)校正： 在整流電路后面增加大容量的電感、電容等在整流電路后面增加大容量的電感、電容等無源元件。無源元件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電感的體積大且重，難電感的體積大且重，難以得到接近以得到接近1的功率因數(shù)的功率因數(shù)(一般可一般可提高到提高到0.80.9之間之間,諧波含量諧波含量THD僅能降到僅能降到30%左右），難以左右），難

28、以滿足現(xiàn)行諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求。滿足現(xiàn)行諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求。在整流電路和濾波電容之間串聯(lián)在整流電路和濾波電容之間串聯(lián)1個(gè)濾波電感。個(gè)濾波電感。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單可靠，無需進(jìn)電路簡(jiǎn)單可靠，無需進(jìn)行控制，成本低。行控制，成本低。電感與電容的特性能互補(bǔ)，電容使電流電感與電容的特性能互補(bǔ)，電容使電流變成窄的尖峰脈沖；電感能平滑電流波變成窄的尖峰脈沖；電感能平滑電流波形。形。 2、有源功率因數(shù)校正：、有源功率因數(shù)校正：DC-DC變換級(jí)變換級(jí) 控制控制 二極二極管整管整流流交交流流輸輸入入 功率功率因數(shù)因數(shù)校正校正直流直流輸出輸出 整流后不用電解電容平滑濾波，而直接增加一個(gè)有源功率因數(shù)校正級(jí)。整流后不用電解電容平

29、滑濾波，而直接增加一個(gè)有源功率因數(shù)校正級(jí)。功率因數(shù)校正級(jí)功率因數(shù)校正級(jí)是由高頻是由高頻DC/DC變換電路來實(shí)現(xiàn)的。變換電路來實(shí)現(xiàn)的。DC/DC控制器Ui直流直流變換變換器器 見圖，整流器后面的見圖，整流器后面的高頻高頻DC/DC變換電路變換電路，通過控制有源開關(guān)的通斷來強(qiáng)，通過控制有源開關(guān)的通斷來強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，將輸入電流校正成與輸入電壓同相位且不失迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，將輸入電流校正成與輸入電壓同相位且不失真的正弦波，使功率因數(shù)接近或達(dá)到真的正弦波，使功率因數(shù)接近或達(dá)到1。tii 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正電路有兩個(gè)反饋控制環(huán)，一是輸入電流環(huán)，使電路有兩個(gè)反饋控制環(huán)，一

30、是輸入電流環(huán)，使DC/DC變換器輸變換器輸入電流的波形與橋式整流電壓的波形相同；二是輸出電壓環(huán)，穩(wěn)壓，使入電流的波形與橋式整流電壓的波形相同；二是輸出電壓環(huán)，穩(wěn)壓，使DC/DC變變換器輸出端為一穩(wěn)定的直流電壓。換器輸出端為一穩(wěn)定的直流電壓。降壓式、升壓式、反相型、反激式等，其中升壓型電路在目前應(yīng)用最廣。降壓式、升壓式、反相型、反激式等，其中升壓型電路在目前應(yīng)用最廣。DC/DC控制器Ui直流直流變換變換器器功率因數(shù)校正級(jí)功率因數(shù)校正級(jí)的實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)現(xiàn)電路tii具體實(shí)現(xiàn)例子具體實(shí)現(xiàn)例子: 輸入側(cè)的電流反饋控制內(nèi)環(huán)，輸入側(cè)的電流反饋控制內(nèi)環(huán)，電流檢測(cè)信號(hào)經(jīng)電流反饋網(wǎng)絡(luò)電流檢測(cè)信號(hào)經(jīng)電流反饋網(wǎng)絡(luò)送入乘

31、法器，輸出端直流電壓送入乘法器，輸出端直流電壓反饋至控制外環(huán)，電壓檢測(cè)信反饋至控制外環(huán)，電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)電壓比較器放大后也送入號(hào)經(jīng)電壓比較器放大后也送入乘法器，最后從乘法器輸出的乘法器，最后從乘法器輸出的信號(hào)送入信號(hào)送入PWM比較器，從而控比較器，從而控制開關(guān)管制開關(guān)管VT的占空比。內(nèi)環(huán)控的占空比。內(nèi)環(huán)控制大大提高了系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)能制大大提高了系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)能力；外環(huán)控制使系統(tǒng)具有高度力；外環(huán)控制使系統(tǒng)具有高度的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，從而展寬的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，從而展寬了了AC/DC變換器輸入電壓的調(diào)變換器輸入電壓的調(diào)節(jié)范圍。節(jié)范圍。雙環(huán)控制雙環(huán)控制將電流控制與電壓控制融將電流控制與電壓控制融為一體為一體

32、。功率因數(shù)校正主電路，功率因數(shù)校正主電路，見圖。見圖。tiiVTL電流比較器電流比較器 乘法器乘法器電壓比較器UrefCf+-UoVD1VD2C1PWMUdiVTut外外環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)環(huán)環(huán) 單相橋式整流單相橋式整流 濾波電容濾波電容C1的容量小，只通過高頻的容量小，只通過高頻電流，濾除高頻電壓干擾，不影響輸入電流，濾除高頻電壓干擾，不影響輸入電流波形。電流波形。 高頻有源功率因數(shù)校正（預(yù)調(diào)節(jié)）由高頻有源功率因數(shù)校正（預(yù)調(diào)節(jié)）由升壓型升壓型(Boost)電路組成電路組成. 升壓型功率因數(shù)校正電路原理升壓型功率因數(shù)校正電路原理 升壓電路通過電流反饋環(huán)路控制輸升壓電路通過電流反饋環(huán)路控制輸入電流的開關(guān)周期

33、平均值跟隨整流后全入電流的開關(guān)周期平均值跟隨整流后全波電壓波形波電壓波形ud而變化；使輸入電流波形而變化；使輸入電流波形正弦化，并與輸入電壓波形同相位，實(shí)正弦化，并與輸入電壓波形同相位，實(shí)現(xiàn)輸入單位功率因數(shù)現(xiàn)輸入單位功率因數(shù)(UPF)。iL fLf VD2VD1uLfcudb C1CfUoVT1eUiEMIUdtuiudtii一、工作原理一、工作原理1.1.在在VTVT導(dǎo)通期間導(dǎo)通期間tonton（見圖（見圖2 2）dtdiLuLL 常常量量 LuLudtdiiLLiL直線上升，直線上升，其上升率正比于輸入整流電壓瞬時(shí)其上升率正比于輸入整流電壓瞬時(shí)值值ui2.在在VT截止期間截止期間toff

34、(見圖見圖3)iLLUUodtdiLU常量LUUodtdiiLi iL L直線下降直線下降, ,其其下降率正比于下降率正比于(Uoui).升壓型電路原理回顧升壓型電路原理回顧: 功率晶體管功率晶體管VT1開關(guān)工作于較高頻率開關(guān)工作于較高頻率（如（如100kHz），在），在50Hz電壓波形的半個(gè)電壓波形的半個(gè)周期內(nèi)開關(guān)很多次周期內(nèi)開關(guān)很多次(?次次).所以所以a1點(diǎn)的上升率較點(diǎn)的上升率較b1點(diǎn)的小，而下降點(diǎn)的小，而下降率較率較b1點(diǎn)的大，點(diǎn)的大，a1點(diǎn)導(dǎo)通期的點(diǎn)導(dǎo)通期的ton要大于要大于b1點(diǎn)的導(dǎo)通期點(diǎn)的導(dǎo)通期ton才能使輸入電流才能使輸入電流id為正為正弦波。弦波。 為作圖清楚，用電感電流不連

35、續(xù)為作圖清楚，用電感電流不連續(xù)(DCM)的工作狀態(tài)為例來說明的工作狀態(tài)為例來說明:iL fLf VD2VD1uLfcudb C1CfUoVT1etua1b1c1d1udabcd T/2t0000tttdmubeTiVT1iLfiLfidontofftua1點(diǎn)的電壓點(diǎn)的電壓ua1在這個(gè)開關(guān)周期里可認(rèn)為在這個(gè)開關(guān)周期里可認(rèn)為是一個(gè)常量。在是一個(gè)常量。在ton里里,iLf是直線上升的是直線上升的,iLf的上升率正比于的上升率正比于ua1；在；在toff期間期間,iLf是是直線下降的直線下降的,iLf的下降率正比于的下降率正比于(Uoua1)，用用PWM方式來調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈寬方式來調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈寬.

36、總結(jié)總結(jié) 用用PWM方式來調(diào)節(jié)方式來調(diào)節(jié)VT1的脈寬，使電流的各開關(guān)周期平均值的脈寬，使電流的各開關(guān)周期平均值所聯(lián)成的波形，相似于工頻電壓的正弦波（絕對(duì)值）。在交流側(cè)獲所聯(lián)成的波形，相似于工頻電壓的正弦波（絕對(duì)值）。在交流側(cè)獲得與輸人電壓同相位的正弦波電流，使功率因數(shù)為得與輸人電壓同相位的正弦波電流，使功率因數(shù)為1。iavgiLtonUgoff電感電流連續(xù)的工作電感電流連續(xù)的工作(CCM)的工的工作狀態(tài)的情況見左圖作狀態(tài)的情況見左圖.UiEMIUd功率因數(shù)校正技術(shù)分類：功率因數(shù)校正技術(shù)分類： 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正(PFC)分為有源功率因數(shù)校正分為有源功率因數(shù)校正(APFC)和無源功率因數(shù)校

37、正兩類。和無源功率因數(shù)校正兩類。1、 APFC按照主電路結(jié)構(gòu)分：按照主電路結(jié)構(gòu)分： 降壓式、降壓式、升壓式、升壓式、反相型、反激式等，其中升壓型電路有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在反相型、反激式等，其中升壓型電路有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在目前應(yīng)用最廣。目前應(yīng)用最廣。升壓式：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，采用簡(jiǎn)單電流型控制，升壓式：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，采用簡(jiǎn)單電流型控制，PF值高，總值高，總諧波失真諧波失真(THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。它還具有以下優(yōu)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。它還具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于升壓型點(diǎn)：由于升壓型APFC的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器上保持高電壓，所以電容的預(yù)調(diào)整作用在輸

38、出電容器上保持高電壓，所以電容器體積小、儲(chǔ)能大；在整個(gè)交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因器體積小、儲(chǔ)能大；在整個(gè)交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)；當(dāng)輸入電流連續(xù)，易于數(shù)；當(dāng)輸入電流連續(xù)，易于EMI濾波；升壓電感濾波；升壓電感L能阻止快速的電壓、電流能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性；電路中的電感瞬變，提高了電路工作可靠性；電路中的電感L適用于電流型控制。適用于電流型控制。優(yōu)點(diǎn)：輸入電路中的儲(chǔ)能電感優(yōu)點(diǎn)：輸入電路中的儲(chǔ)能電感L適用于電流型控制；適用于電流型控制； 電容器電容器C儲(chǔ)能大、體積小儲(chǔ)能大、體積小 輸入電流連續(xù)，且在輸入開關(guān)瞬間峰值電流較小，易于進(jìn)行輸入電流

39、連續(xù)，且在輸入開關(guān)瞬間峰值電流較小，易于進(jìn)行EMI濾波濾波 輸入電感輸入電感L能抑制快速的電路瞬變，提高了電路工作的可靠性能抑制快速的電路瞬變，提高了電路工作的可靠性 輸出直流電壓高于輸入直流電壓輸出直流電壓高于輸入直流電壓 在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)2按輸入電流的控制原理分按輸入電流的控制原理分 有源有源PFC的控制按照的控制按照按輸入電流的控制原理分為按輸入電流的控制原理分為平均電流控制平均電流控制 、滯環(huán)電流滯環(huán)電流控制控制和和峰值電流控制峰值電流控制 (1) 平均電流控制平均電流控制 輸入電流波形輸入電流波形(即升壓電感電流波形）見

40、圖即升壓電感電流波形）見圖6-6。當(dāng)信號(hào)超。當(dāng)信號(hào)超過基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，當(dāng)其小于基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通。取樣電流過基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，當(dāng)其小于基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通。取樣電流來自實(shí)際輸入電流而不是開關(guān)電流。由于電流環(huán)有較高的增益帶寬、跟蹤誤來自實(shí)際輸入電流而不是開關(guān)電流。由于電流環(huán)有較高的增益帶寬、跟蹤誤差小、瞬態(tài)特性較好。差小、瞬態(tài)特性較好。THD (5%) 和和EMI小、對(duì)噪聲不敏感、開關(guān)頻率固定、小、對(duì)噪聲不敏感、開關(guān)頻率固定、適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，是目前適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，是目前PFC中應(yīng)用最多的一種控制方式。缺點(diǎn)：參中應(yīng)用最多的一種控制方式。缺點(diǎn)：參考電流與實(shí)際電流的誤差

41、隨著占空比的變化而變化，能夠引起低次電流諧波。考電流與實(shí)際電流的誤差隨著占空比的變化而變化，能夠引起低次電流諧波。 iavgiLtonUgoff 圖圖6-6 平均電流型控制的輸入電流波形圖平均電流型控制的輸入電流波形圖 (2).滯環(huán)電流控制滯環(huán)電流控制 滯環(huán)電流控制的原理是，電流基準(zhǔn)信號(hào)和滯環(huán)寬度決定電流滯環(huán)電流控制的原理是，電流基準(zhǔn)信號(hào)和滯環(huán)寬度決定電流上限上限imax與下限與下限imin，當(dāng)電感電流上升到，當(dāng)電感電流上升到imax時(shí)，功率管斷開，電感電流下降到時(shí)，功率管斷開，電感電流下降到imin時(shí)，功率管導(dǎo)通，如此反復(fù)，電感電流在滯環(huán)寬度內(nèi)變化，電流波形如圖時(shí)，功率管導(dǎo)通，如此反復(fù)，電感

42、電流在滯環(huán)寬度內(nèi)變化，電流波形如圖6-7所示，滯環(huán)電流控制中沒有外加的調(diào)制信號(hào)，是一種簡(jiǎn)單的所示，滯環(huán)電流控制中沒有外加的調(diào)制信號(hào)，是一種簡(jiǎn)單的Bangbang控制，它控制，它將電流反饋控制和將電流反饋控制和PWM調(diào)制集于一體，可獲得很寬的電流頻帶寬度。調(diào)制集于一體，可獲得很寬的電流頻帶寬度。 滯環(huán)電流控制的特點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、電流動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，內(nèi)在的電流滯環(huán)電流控制的特點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、電流動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，內(nèi)在的電流限流能力強(qiáng)，且具有很強(qiáng)的魯棒性和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。缺點(diǎn)：開關(guān)頻率隨占限流能力強(qiáng)，且具有很強(qiáng)的魯棒性和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。缺點(diǎn)：開關(guān)頻率隨占空比變化而變化，在一個(gè)工頻周期中

43、不恒定，引起空比變化而變化，在一個(gè)工頻周期中不恒定，引起EMI問題和電流過零點(diǎn)的死問題和電流過零點(diǎn)的死區(qū)，負(fù)載對(duì)開關(guān)頻率的影響很大，濾波器只能按照最低頻率設(shè)計(jì)，滯環(huán)寬度對(duì)區(qū)，負(fù)載對(duì)開關(guān)頻率的影響很大，濾波器只能按照最低頻率設(shè)計(jì)，滯環(huán)寬度對(duì)開關(guān)頻率和系統(tǒng)性能的影響較大，需合理選取。開關(guān)頻率和系統(tǒng)性能的影響較大，需合理選取。目前，關(guān)于滯環(huán)電流控制目前，關(guān)于滯環(huán)電流控制的改進(jìn)方案研究還很活躍，的改進(jìn)方案研究還很活躍，目的在于實(shí)現(xiàn)恒頻控制。目的在于實(shí)現(xiàn)恒頻控制。將其他控制方法與滯環(huán)電將其他控制方法與滯環(huán)電流控制相結(jié)合是流控制相結(jié)合是SPWM 電電流變換器電流控制策略的流變換器電流控制策略的發(fā)展方向之一

44、。發(fā)展方向之一。iminimaxipiLtiUgon圖圖6-7 滯環(huán)電流型控制的輸入電流波形圖滯環(huán)電流型控制的輸入電流波形圖(3). 峰值電流峰值電流控制控制 峰值電流控制的原理是，電流環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)峰值電流控制的原理是，電流環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)ip按照正弦按照正弦規(guī)律變化。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感電流上升，當(dāng)達(dá)到基準(zhǔn)電流值時(shí)，開關(guān)管規(guī)律變化。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感電流上升，當(dāng)達(dá)到基準(zhǔn)電流值時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，電流下降，下一個(gè)時(shí)鐘周期到來時(shí)，開關(guān)管再次導(dǎo)通，這樣，電感關(guān)斷，電流下降，下一個(gè)時(shí)鐘周期到來時(shí)，開關(guān)管再次導(dǎo)通，這樣，電感電流的峰值按照正弦規(guī)律變化，采樣電流來自開關(guān)電流或電感電流，電感電流的峰值按照正弦規(guī)律變

45、化，采樣電流來自開關(guān)電流或電感電流，電感電流波形如圖電流波形如圖6-8所示。峰值電流控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)容易，缺點(diǎn)有電流峰所示。峰值電流控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)容易，缺點(diǎn)有電流峰值和平均值之間存在誤差，無法滿足值和平均值之間存在誤差，無法滿足THD很小的要求；電流峰值對(duì)噪聲很小的要求；電流峰值對(duì)噪聲敏感；敏感； 占空比大于占空比大于 0. 5時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生次諧波振蕩；需要在比較器輸入端時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生次諧波振蕩；需要在比較器輸入端加斜坡補(bǔ)償器。在加斜坡補(bǔ)償器。在PFC中，這種控制方法趨于被淘汰。中，這種控制方法趨于被淘汰。ipiLtonUgoff圖圖6-8 峰值電流型控制的輸入電流波形圖峰值電流型控制的輸入電流波形

46、圖 4、按照帶有、按照帶有APFC的開關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)螛O的開關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)螛OPFC變換器、兩變換器、兩極極PFC變換器變換器5、按照開關(guān)整流器的輸入電流分：?jiǎn)蜗喙β室驍?shù)預(yù)調(diào)級(jí)和三相功率因數(shù)預(yù)調(diào)級(jí)、按照開關(guān)整流器的輸入電流分：?jiǎn)蜗喙β室驍?shù)預(yù)調(diào)級(jí)和三相功率因數(shù)預(yù)調(diào)級(jí)直流直流輸出輸出市市電電 抗抗干擾干擾濾波濾波功率因功率因數(shù)校正數(shù)校正AC-DCDC-DC變換級(jí)變換級(jí)有源功率因數(shù)校正級(jí)有源功率因數(shù)校正級(jí)控制控制a)交流輸入功率因數(shù)校正交流輸入功率因數(shù)校正(1)交流輸入功率因數(shù)校正交流輸入功率因數(shù)校正 交流輸入功率因數(shù)校正交流輸入功率因數(shù)校正,見圖，將電網(wǎng)側(cè)整流與功率因數(shù)校正見圖，將電網(wǎng)側(cè)整

47、流與功率因數(shù)校正DC-DC變換器相結(jié)合將高頻開關(guān)半導(dǎo)體器件放在交流側(cè)，形成變換器相結(jié)合將高頻開關(guān)半導(dǎo)體器件放在交流側(cè)，形成AC-DC功率功率因數(shù)校正變換器。因數(shù)校正變換器。 開關(guān)整流器研究和發(fā)展的方向開關(guān)整流器研究和發(fā)展的方向 1、在電路結(jié)構(gòu)方面、在電路結(jié)構(gòu)方面例例:三相三開關(guān)高功率因數(shù)預(yù)調(diào)級(jí)三相三開關(guān)高功率因數(shù)預(yù)調(diào)級(jí) 每相一只交流開關(guān)每相一只交流開關(guān) 各相的貯能電感各相的貯能電感La、Lb、Lc和高頻開關(guān)和高頻開關(guān)Sa、Sb、Sc設(shè)設(shè)在工頻的交流側(cè)。在工頻的交流側(cè)。 每相工作狀態(tài)近于單相每相工作狀態(tài)近于單相PFC VDapVDan組成三相橋既起到整流作用又起到升壓二組成三相橋既起到整流作用又

48、起到升壓二極管的作用。由于高功率因數(shù)整流器只要求輸入電流與輸入電壓同相位，不要求輸出極管的作用。由于高功率因數(shù)整流器只要求輸入電流與輸入電壓同相位，不要求輸出電容電容C01、C02的儲(chǔ)能返回電源側(cè)，可以用二極管隔斷返回能量的路由，并使高頻開的儲(chǔ)能返回電源側(cè)，可以用二極管隔斷返回能量的路由，并使高頻開關(guān)的工作狀態(tài)及控制原理簡(jiǎn)化為類似于前述單相關(guān)的工作狀態(tài)及控制原理簡(jiǎn)化為類似于前述單相PFC的工作狀態(tài)，其區(qū)別只是工作在的工作狀態(tài)，其區(qū)別只是工作在工頻的交流側(cè)工頻的交流側(cè) L1 L2 L3Ua Ub Uc La Lb Lc VDap VDap VDap VDan VDan VDan CO1 CO2

49、R C1 C2 C3 ia ib ic Sa Sb Sc 0 0 0 0 直流輸直流輸出出市市電電 電電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)側(cè)整流整流抗抗干擾濾干擾濾波波功率因數(shù)功率因數(shù)校正校正DC-DC 控制控制 b) 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正DC-DC單級(jí)變換器單級(jí)變換器(2)功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正DC-DC單級(jí)變換器單級(jí)變換器 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正DC-DC單級(jí)變換器單級(jí)變換器, 見圖，將功率因數(shù)校正的見圖，將功率因數(shù)校正的DC-DC變換器與后級(jí)變換器與后級(jí)DC-DC變換器組合，形成單級(jí)高功率因數(shù)變換器組合，形成單級(jí)高功率因數(shù)變換器。例子見書變換器。例子見書P164圖圖6-30直流直流輸出輸出市市電電 功率因數(shù)

50、校正功率因數(shù)校正AC/DC 變換變換高頻高頻變壓變壓絕緣絕緣高頻高頻濾波濾波高頻高頻整流整流 抗抗干擾濾干擾濾波波功率因功率因數(shù)校正數(shù)校正AC-AC控制控制圖為發(fā)展中的電路框圖圖為發(fā)展中的電路框圖 c)功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正AC-DC單級(jí)變換器單級(jí)變換器見圖見圖 從市電由交從市電由交-交變換器直接產(chǎn)生高頻交流，供高頻變壓器絕緣、交變換器直接產(chǎn)生高頻交流，供高頻變壓器絕緣、變壓后，整流、濾波輸出。變壓后，整流、濾波輸出。(3)功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正AC-DC單級(jí)變換器單級(jí)變換器2、新型高頻開關(guān)整流器的指標(biāo)要求：、新型高頻開關(guān)整流器的指標(biāo)要求：（1）低污染）低污染要求功率因數(shù)高，大于等于要求功

51、率因數(shù)高，大于等于0.99（2）高效率）高效率 大于大于90%以上以上（3）電應(yīng)力低）電應(yīng)力低損耗包括：損耗包括： 穩(wěn)態(tài)時(shí)的電路系統(tǒng)損耗穩(wěn)態(tài)時(shí)的電路系統(tǒng)損耗（選導(dǎo)通飽和壓降小的電子器件；功率因數(shù)（選導(dǎo)通飽和壓降小的電子器件；功率因數(shù) 高時(shí)電流有效值小，系統(tǒng)損耗也小。）高時(shí)電流有效值小，系統(tǒng)損耗也小。） 開關(guān)過程中的開關(guān)損耗開關(guān)過程中的開關(guān)損耗（軟開關(guān)技術(shù)）（軟開關(guān)技術(shù)） 功率器件的功率器件的電應(yīng)力電應(yīng)力是開關(guān)過程中電壓、電流的變化率和峰是開關(guān)過程中電壓、電流的變化率和峰值，它是影響電源可靠性的主要因素。值，它是影響電源可靠性的主要因素。（4）輸出電壓紋波小）輸出電壓紋波小輸出電壓紋波的峰輸出電

52、壓紋波的峰峰值要小于峰值要小于150mv 影響主電路方案的因素影響主電路方案的因素影響大功率通信用整流器主電路方案的主要因素如下影響大功率通信用整流器主電路方案的主要因素如下：(1)輸入輸出電壓、電流范圍與半導(dǎo)體器件規(guī)格的配合。輸入輸出電壓、電流范圍與半導(dǎo)體器件規(guī)格的配合。(3)減小體積、重量和提高效率：減小損耗可減小散熱器尺寸和減小體積、重量和提高效率：減小損耗可減小散熱器尺寸和重量。例如：采用軟開關(guān)技術(shù)，減小開關(guān)損耗、采用低導(dǎo)通壓重量。例如：采用軟開關(guān)技術(shù)，減小開關(guān)損耗、采用低導(dǎo)通壓降的器件（如同步整流器），減小輸出低電壓的電源的損耗等降的器件（如同步整流器），減小輸出低電壓的電源的損耗等

53、。(4)減小對(duì)電網(wǎng)的污染減小對(duì)電網(wǎng)的污染 提出整流器要有高的輸入功率因數(shù)，小提出整流器要有高的輸入功率因數(shù)，小的倒灌（設(shè)備影響電網(wǎng)的）雜音電壓。為此許多電路設(shè)置了高的倒灌（設(shè)備影響電網(wǎng)的）雜音電壓。為此許多電路設(shè)置了高頻開關(guān)工作的功率因數(shù)校正電路。頻開關(guān)工作的功率因數(shù)校正電路。(2)電路的可靠性，工作范圍的適應(yīng)性。電路的可靠性，工作范圍的適應(yīng)性。 大功率高頻開關(guān)整流器系統(tǒng)簡(jiǎn)介大功率高頻開關(guān)整流器系統(tǒng)簡(jiǎn)介通信局站直流系統(tǒng)成套產(chǎn)品，以通信局站直流系統(tǒng)成套產(chǎn)品，以DUM14大功率智能高頻開關(guān)電源為例大功率智能高頻開關(guān)電源為例，見圖，見圖1-2：由（：由（12架）交流配電屏、（架）交流配電屏、（110

54、架）高頻開關(guān)電源和架）高頻開關(guān)電源和（13架）直流配電屏數(shù)組成。架）直流配電屏數(shù)組成。監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊DK04DPJ19系列系列交流配電屏交流配電屏1-2架架DUM14系列系列高頻開關(guān)電高頻開關(guān)電源源1-10架架蓄電池蓄電池1-4組組DPZ26系列系列直流配電屏直流配電屏1-3架架RS232RS485本地監(jiān)控本地監(jiān)控遠(yuǎn)程集中監(jiān)控遠(yuǎn)程集中監(jiān)控直流輸出直流輸出交流輸入交流輸入大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介(1)機(jī)柜機(jī)柜: 又稱機(jī)架，簡(jiǎn)稱架。高又稱機(jī)架，簡(jiǎn)稱架。高2+0.11m，寬，寬0.6m或或0.8m，深，深0.6m。 (2)高頻開關(guān)電源：按輸出電流大小

55、可選高頻開關(guān)電源：按輸出電流大小可選110架，每架可裝架，每架可裝10臺(tái)臺(tái)（容許少裝）（容許少裝）DMA10-48/100型型(48V100A)高頻開關(guān)整流模塊，高頻開關(guān)整流模塊，每架輸出電流可達(dá)每架輸出電流可達(dá)1000A。按需要可多架并聯(lián)使用，見圖。按需要可多架并聯(lián)使用，見圖1-3，最多最多10架并聯(lián)，最大輸出架并聯(lián)，最大輸出10000A。機(jī)柜上部有交流配電模塊，。機(jī)柜上部有交流配電模塊，各交流分路設(shè)有三相斷路器（有短路保護(hù)和滅弧能力強(qiáng)的三相開各交流分路設(shè)有三相斷路器（有短路保護(hù)和滅弧能力強(qiáng)的三相開關(guān)），分別操作各整流模塊的輸入是否給電。關(guān)），分別操作各整流模塊的輸入是否給電。(3)監(jiān)控模塊

56、：一個(gè)直流系統(tǒng)只需一臺(tái)監(jiān)控模塊：一個(gè)直流系統(tǒng)只需一臺(tái)DK04監(jiān)控模塊，全面監(jiān)控整個(gè)直監(jiān)控模塊，全面監(jiān)控整個(gè)直流系統(tǒng)，最多可監(jiān)控流系統(tǒng)，最多可監(jiān)控100臺(tái)整流模塊。安裝在臺(tái)整流模塊。安裝在1架的整流器模塊架的整流器模塊1的上的上面。通過面。通過RS232或或RS485接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中（微機(jī)）監(jiān)控。接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中（微機(jī)）監(jiān)控。大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介(4)交流配電屏：按交流電流大小可選交流配電屏：按交流電流大小可選12架，每架電流架，每架電流400A或或630A（兩種規(guī)格）。兩路三相（兩種規(guī)格）。兩路三相380V50Hz交流輸入（到每架），一交流輸

57、入（到每架），一用一備（市電或油機(jī)發(fā)電機(jī)組備用）。三相五線制（三根相線、中用一備（市電或油機(jī)發(fā)電機(jī)組備用）。三相五線制（三根相線、中線及地線），見用圖線及地線），見用圖1-3（左上角）（左上角）“從交流配電屏來從交流配電屏來”的饋線上的的饋線上的五條短斜線所表示，由自動(dòng)開關(guān)自動(dòng)切換，也可人工切換。具有防五條短斜線所表示，由自動(dòng)開關(guān)自動(dòng)切換，也可人工切換。具有防雷、事故照明、電壓電流數(shù)字顯示（有模擬量信號(hào)接口送往雷、事故照明、電壓電流數(shù)字顯示（有模擬量信號(hào)接口送往DK04監(jiān)監(jiān)控模塊）。控模塊）。(5)直流配電屏：按直流輸出電流可選直流配電屏：按直流輸出電流可選13架。每架額定輸入電流架。每架額定

58、輸入電流2200A或或3300A(兩種規(guī)格兩種規(guī)格)，每架可接兩組蓄電池，蓄電池的充電電，每架可接兩組蓄電池，蓄電池的充電電流按輸出電流的流按輸出電流的4050計(jì)，每架額定輸出電流為計(jì)，每架額定輸出電流為1600A或或2500A。超過此電流容量時(shí)，可用。超過此電流容量時(shí)，可用2架并聯(lián)運(yùn)行。總負(fù)荷電流與每組蓄電池架并聯(lián)運(yùn)行。總負(fù)荷電流與每組蓄電池電流用霍爾電流傳感器進(jìn)行測(cè)量并送往電流用霍爾電流傳感器進(jìn)行測(cè)量并送往DK04監(jiān)控單元顯示。有故障監(jiān)控單元顯示。有故障聲光告警。聲光告警。大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介大功率高頻開關(guān)電源（整流器）系統(tǒng)簡(jiǎn)介到直流配電屏到直流配電屏四芯數(shù)據(jù)四芯數(shù)據(jù)通信線

59、通信線從交流配從交流配電屏來電屏來直流輸出直流輸出直流輸出直流輸出直流輸出直流輸出整流器機(jī)架整流器機(jī)架1整流器機(jī)架整流器機(jī)架2整流器機(jī)架整流器機(jī)架N整流器模塊整流器模塊1整流器模塊整流器模塊2整流器模塊整流器模塊3整流器模塊整流器模塊4整流器模塊整流器模塊5整流器模塊整流器模塊6整流器模塊整流器模塊7整流器模塊整流器模塊8整流器模塊整流器模塊9交流配電模塊交流配電模塊整流器模塊整流器模塊10整流器模塊整流器模塊1整流器模塊整流器模塊2整流器模塊整流器模塊3整流器模塊整流器模塊4整流器模塊整流器模塊5整流器模塊整流器模塊6整流器模塊整流器模塊7整流器模塊整流器模塊8整流器模塊整流器模塊9交流配電

60、模塊交流配電模塊整流器模塊整流器模塊10DK04監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊整流器模塊整流器模塊1整流器模塊整流器模塊2整流器模塊整流器模塊3整流器模塊整流器模塊4整流器模塊整流器模塊5整流器模塊整流器模塊6整流器模塊整流器模塊7整流器模塊整流器模塊8整流器模塊整流器模塊9交流配電模塊交流配電模塊整流器模塊整流器模塊10 通信用開關(guān)型整流器技術(shù)要求通信用開關(guān)型整流器技術(shù)要求 1輸出直流電壓可調(diào)節(jié)范圍輸出直流電壓可調(diào)節(jié)范圍 浮充工作方式時(shí)調(diào)節(jié)范圍浮充工作方式時(shí)調(diào)節(jié)范圍 43.256.2V。 均衡均衡工作方式時(shí)調(diào)節(jié)范圍上限工作方式時(shí)調(diào)節(jié)范圍上限 576V。電壓可調(diào)。電壓可調(diào)。 2輸入電壓變化范圍輸入電壓變化范