一种新型单级PFC变换器的研究
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含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器研究含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器研究摘要:本文介绍了一种含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器的研究。
该电路采用单电感器结构,大大简化了系统的复杂度。
可控整流器采用了基于功率因素分析的控制策略,能够有效降低谐波电流的存在,并实现了高效率的功率因素校正。
电容器的应用和设计,对电路的稳定运行和性能的提升都起到了积极的作用。
通过仿真和实验验证,该变换器具有高功率因素、低总谐波失真、高效率和良好的动态响应等优点。
本文的研究成果可为无电解电容单级PFC变换器及相关应用提供有益指导和参考。
关键词:可控整流电路;无电解电容;单级PFC变换器;功率因素校正;谐波失引言随着能源的日益紧缺和环境污染的加剧,人们对节能和环保的要求越来越高。
功率因素校正(PFC)技术的出现,能够有效提高交流电源的功率因素,降低污染和能源浪费。
传统的PFC电路多采用二级结构或电解电容作为存储元件,但这些方式存在着不同程度上的缺陷,如成本高、效率低、占用空间大、寿命短等问题。
因此,探索一种成本低、效率高、可靠性好的无电解电容单级PFC变换器具有重要意义。
本文基于单电感器结构,结合功率因素分析的可控整流电路,设计了一种无电解电容单级PFC变换器。
该电路的主要特点是:采用单电感器结构,减少了元件数量,简化了系统的复杂度;可控整流器采用功率因素分析的控制策略,能够有效降低谐波电流的存在,并实现了高效率的功率因素校正;电容器的应用和设计,对电路的稳定运行和性能的提升都起到了积极的作用。
本文将首先介绍无电解电容单级PFC变换器的基本原理和电路结构,然后详细说明可控整流电路的设计和控制策略,最后通过仿真和实验验证了该变换器的性能参数,包括功率因素、总谐波失真、效率和动态响应等。
无电解电容单级PFC变换器无电解电容单级PFC变换器的主要结构如图1所示。
其中,AC/DC变换器的输入为交流电源,输出为直流电压;PFC控制器和可控整流电路实现了功率因素校正和谐波消除;输出滤波电路用于滤除输出电压中的高频杂波和谐波。
功率因数校正PFC变换器的实验研究一、实验目的1 理解功率因数校正控制策略的原理;2掌握基于BOOST的PFC变换器的基本工作原理;3掌握UC3854功率因数校正控制芯片的功能及使用方法。
二、实验内容熟悉UC3854的原理及使用方法,理解PWM 波产生过程;研究PFC变换器输入电流失真度、相移因数和功率因数之间的关系;理解PFC变换器闭环控制过程,掌握变换器闭环性能指标。
对变换器的基本要求如下:输入电压:220V,50Hz输出负载电流:0.1~1A输入PF:> 0.99三、实验器材四、主要实验步骤1控制电路接20V 直流电压。
用示波器观察并记录UC3854各管脚波形及驱动电路输出波形。
注意观察UC3854的3脚、14脚波形和UC3854输出波形之间的关系,理解UC3854芯片PWM 波产生过程。
2 打开主电路和控制电路电源,观察电感支路的电流波形,使电感工作在电流连续情况下。
用示波器观察并记录功率场效应管漏源极与栅源级间电压波形及它们之间的关系,理解场效应管的工作原理。
观察并记录电感支路、场效应管支路、二极管支路的电流波形,观测整流桥输出电压,电感两端、二极管两端、负载两端的电压波形,理解工作过程。
用示波器交流档观察输出电压纹波⊿UPP 。
4 观测输入电流与输入电压同步和功率因数情况:用示波器观察并记录不同输入电压和负载下输入电压和输入电流波形,比较两者的波形和相位,理解功率因数校正的意义。
用功率分析仪记录不同输入电压和负载下输入功率因数大小和电流失真度大小。
分析功率因数、波形畸变度和相移因数之间的关系。
5 计算不同输出功率下和输入电压下PFC 变换器的效率和外特性:改变PFC 变换器的负载和输入电压大小,测量并计算额定输入电压下负载变化时PFC 变换器的效率η和外特性,以及额定负载下不同输入电压时的PFC 变换器的效率η。
五、实验步骤的波形记录及相关分析1、实验电路图ov ininput图1.1 UC3854芯片引脚图1.2 Boost 电路图图1.3 UC3854内部结构2、主要波形图(1)UC3854各管脚波形及驱动电路输出波形图2-1 UC3854的3脚波形图2-2 UC3854的14脚波形图2-3 UC3854输出波形分析:UC3854的3管脚为电流闭环控制器的输出引脚,输出为电流闭环的信号。
组合式三相单级桥式PFC变换器关键技术研究组合式三相单级桥式PFC变换器即由三个传统单相单级桥式PFC变换器组合连接所得到一种变换器,该变换器在三相用电领域具有诸多优点,适合日益兴起的三相中大功率应用。
但目前,此类拓扑结构在实际应用中还有诸多问题亟待解决,例如:单相桥式PFC模块的变压器原边存在电压问题、组合式三相单级桥式PFC变换器的模块功率平衡问题以及电网不平衡条件下的输出电压纹波问题等。
本文将针对以上几方面问题进行详细的研究。
首先,为了提高单相桥式PFC 模块的可靠性,对其运行过程中存在的变压器原边电压尖峰问题进行了研究。
在阐明单相桥式PFC模块的拓扑结构及工作原理的基础上,建立了变换器换流期间的等效模型,研究了变压器原边电压尖峰的产生原因,并验证了有源钳位电路对于变压器原边电压尖峰的抑制作用。
针对电感电流零穿越期间钳位开关管出现过流的问题,提出了带限流环节的改进式有源钳位环节。
该方案有效抑制了过流现象,大大提高了单相桥式PFC模块的可靠性。
在解决了单相桥式PFC模块可靠性问题的基础上,将三个单相桥式PFC模块以三角形连接接入电网,负载端进行并联,构成组合式三相单级桥式PFC变换器。
针对三相电网不平衡,提出了一种基于电压前馈环节的功率平衡控制策略。
推导了输出电压中的纹波成分,以及变换器参数及电网条件对纹波含量的影响。
此外,提出了一种分段式数字滤波器,避免输出电压纹波导致输入电流THD增加。
为了从根本上抑制组合式三相单级桥式PFC变换器的输出电压纹波、改善直流输出电压质量,提出了一种基于双向变换器的纹波吸收方法。
针对该电压纹波以二倍工频为主的特点,设计了相应的纹波检测以及纹波抑制控制策略,并给出了纹波吸收环节中主要元器件的设计方法。
最后,分别搭建了单相桥式PFC模块及组合式三相单级桥式PFC变换器的实验平台,验证了本文的所有理论分析。