【自動(dòng)化】基于apfc的單相pwm整流器的設(shè)計(jì)2

武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于APFC的單相PWM整流器的設(shè)計(jì)學(xué)院（系）自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)班級(jí)電氣1101班學(xué)生姓名朱陽指導(dǎo)教師黃亮學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名年月日導(dǎo)師簽名年月日摘要I第1章緒論111概述112本課題研究的意義213整流技術(shù)的發(fā)展314本論文主要工作4第2章PWM控制技術(shù)521PWM簡介522PWM控制原理和應(yīng)用5221PWM控制的基本原理5222PWM計(jì)算法和調(diào)制法7第3章功率因素校正技術(shù)1031發(fā)展歷史1032BOOSTPFC電路與BUCK電路的對(duì)偶性1133PFC技術(shù)分類及研究方向1334PFC技術(shù)分類1435基本的兩種功率因素校正技術(shù)16第4章有源功率因素校正（APFC）技術(shù)1941功率因數(shù)PF的定義1942功率因數(shù)校正1943功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法2044有源功率因數(shù)校正方法分類2045功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)25第5章MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)2751電路的工作原理2752MATLAB仿真29521MATLAB仿真圖29第6章結(jié)論與展望3251結(jié)論32511基于滯環(huán)比較法控制系統(tǒng)的研究32512基于功率因素校正技術(shù)的研究3252展望32參考文獻(xiàn)34附錄A英文翻譯（原文部分）35附錄B英文翻譯（譯文部分）40致謝45摘要分析單相電壓型PWM整流電路功率因素校正電路的工作原理和工作模式,功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)誕生與20世紀(jì)80年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素（PF）接近的優(yōu)點(diǎn)，采用PWM進(jìn)行控制,其中控制方法采用的是電流滯環(huán)比較法，因硬件電路簡單，屬于實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性強(qiáng)，由于不需要載波，所以輸出電壓不含特定頻率的諧波分量，另外，這種控制方式，有利于提高電壓利用率選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鲿r(shí)序,可使PWM整流電路的輸出直流電壓得到有效的穩(wěn)定值。同時(shí)也調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位,實(shí)現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向流動(dòng),并使變流裝置獲得良好的功率因數(shù)。最后建立其MATLAB的仿真模型,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。關(guān)鍵詞PWM整流，功率因素校正，功率因數(shù)ABSTRACTANALYSISOFSINGLEPHASEVOLTAGESOURCEPWMRECTIFIERCIRCUITPOWERFACTORCORRECTIONCIRCUITANDWORKINGPRINCIPLEOFWORKMODE,POWERFACTORCORRECTIONPFCTECHNOLOGYWASBORNINTHE1980S,ITADOPTSTHEHIGHFREQUENCYSWITCHINGIS,HASTHEADVANTAGESOFSMALLSIZE,LIGHTWEIGHT,HIGHEFFICIENCY,THEINPUTPOWERFACTORPFCLOSETO1,CONTROL,USINGPWMCONTROLMETHODISCOMPARATIVE,HYSTERESISCURRENTHARDWARECIRCUITISSIMPLE,BELONGSTOTHEREALTIMECONTROL,FASTRESPONSETOLOADCURRENT,THEADAPTABILITY,BECAUSEDONOTNEEDCARRIER,SOTHEOUTPUTVOLTAGEEXCLUDINGSPECIFICFREQUENCYHARMONICS,INADDITION,THECONTROLMODE,ANDISHELPFULTOIMPROVETHEEFFICIENCYOFSELECTINGTHEAPPROPRIATEWORKINGMODEANDWORKTIMING,CANMAKETHEPWMRECTIFIERCIRCUITOUTPUTDCVOLTAGESTABILITYOFEFFECTIVELYALSOADJUSTTHEACCURRENTOFTHEAMPLITUDEANDPHASE,REALIZETHEACANDDCPOWERINTHEBIDIRECTIONALLATERALFLOW,ANDMAKEGOODCONVERTERDEVICEOFPOWERFACTORFINALLYTHESIMULATIONMODELISESTABLISHED,ANDITSMATLABVERIFIESTHECORRECTNESSOFDESIGNKEYWORDSSINGLEPHASEVOLTAGETYPE,PWM,RECTIFIER,POWERFACTORCORRECTION,THEPOWERFACTOR,CURRENTHYSTERESISCOMPARISON,MATLAB,SIMULATION第1章緒論11概述功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)誕生與20世紀(jì)80年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素（PF）接近的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了人們的關(guān)注。但20世紀(jì)80年代的功率因素校正技術(shù)大部分是寄予BOOST電路原理。所以說20世紀(jì)80年代是BOOST功率因素校正年代。這個(gè)階段的注意特點(diǎn)是校正器采用的是“乘法器（MULTIPLIER）原理進(jìn)行控制，校正器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。但是控制比較復(fù)雜，不適合200以下小容量使用20世紀(jì)80年代后期又針對(duì)小容量整流器提出了電壓跟隨器校正技術(shù)，校正器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM），使控制電路大大簡化，很適合200以下小容量整流器使用，一般不能用在較大功率整流器中。大家熟知,在傳統(tǒng)的變流電路中,晶閘管可控整流裝置的功率因數(shù)會(huì)隨著其觸發(fā)角的增加而變壞,這不但使得電力電子類裝置成為電網(wǎng)中的主要諧波因素,也增加了電網(wǎng)中無功功率的消耗。PWM整流電路是采用脈寬調(diào)制技術(shù)和全控型器件組成的整流電路,能有效地解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題。通過對(duì)PWM整流電路進(jìn)行有效的控制,選擇合適的工作模式和工作時(shí)序,從而調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位,使之接近正弦波并與電網(wǎng)電壓同相或反相,不但有效地控制了電力電子裝置的諧波問題,同時(shí)也使得變流裝置獲得良好的功率因數(shù)；同時(shí)PWM控制主要用于逆變電路，主要采用電流滯環(huán)法控制，這種控制電路主要是硬件電路簡單，經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)電壓的利用率高，對(duì)網(wǎng)側(cè)污染少，提高了功率因素。SPWMSINUSOIDALPWM法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。PWM調(diào)制是現(xiàn)代發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，早工程上主要有滯環(huán)比較法和三角波比較法，較之后者，滯環(huán)比較控制方式的硬件電路簡單，屬于實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性強(qiáng)，由于不需要載波，所以輸出電壓不含特定頻率的諧波分量，另外，這種控制方式，有利于提高電壓利用率，但在響應(yīng)快的同時(shí)，電流脈動(dòng)也很大，而且滯環(huán)的寬度也難控制，若寬度過大，開關(guān)頻率和開關(guān)損耗可降低，但跟蹤誤差增大，若寬度過小，開關(guān)頻率和開關(guān)損耗增大，跟蹤誤差可減小，再者，如果寬度固定，電流跟隨誤差范圍也是固定的，但是開關(guān)器件的頻率是變化的，這就對(duì)電力器件的工作頻率提出了更高的要求，今后電力電子技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，高頻電力電子器件會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)上面目前不足將得到很大的改善。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年ASCHONUNG和HSTEMMLER首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號(hào)以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號(hào)輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如ABBACS1000系列和美國ROBICON公司的完美無諧波系列等）；而優(yōu)化PWM所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。12本課題研究的意義作為20世紀(jì)后期新興的邊緣學(xué)科，電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，它使電網(wǎng)的工頻電能最終轉(zhuǎn)換成不同性質(zhì)、不同用途的電能，以適應(yīng)千變?nèi)f化的用電裝置的不同需要。業(yè)界認(rèn)為，電力電子技術(shù)快速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)源于電力電子器件的發(fā)展。從1947年第一只晶體管誕生之日起，半導(dǎo)體器件及相應(yīng)的變流裝置在世界范圍內(nèi)很快發(fā)展起來，從而產(chǎn)生了半導(dǎo)體固態(tài)電子學(xué)。這一技術(shù)發(fā)展到1956年，在晶體管的基礎(chǔ)上又制成了晶閘管，從此開始步入電力電子技術(shù)的新時(shí)代。70年代后期，在SCR基礎(chǔ)上研制成功的可關(guān)斷晶閘管以及在晶體管基礎(chǔ)上研制成功的電力晶體管及模塊相繼進(jìn)入實(shí)用化，并在中、大容量的變流裝置中，傳統(tǒng)的晶體管逐漸被這些全控型電力電子器件所取代。電力電子技術(shù)取得快速發(fā)展正值80年代后期，隨著以計(jì)算機(jī)為核心的微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的高電壓、大電流技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合，一方面誕生了多種具有自關(guān)斷功能的器件，形成了一個(gè)新型的全控型電力電子器件家族；另一方面又涌現(xiàn)了一批多功能的控制模塊。目前，電力電子技術(shù)已由半控型、全控型器件進(jìn)入全新的智能型時(shí)代。其表現(xiàn)是，一方面原有各新型電力電子器件額定參數(shù)不斷提高；另一方面在國家自然科學(xué)基金的資助和創(chuàng)新機(jī)制推動(dòng)下，目前，我國電力電子技術(shù)的研究已從吸收消化和一般跟蹤，發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，推出了諸多科研成果。具有代表性的產(chǎn)品20MVA靜止無功發(fā)生器工業(yè)試驗(yàn)樣機(jī)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；通過專家鑒定的磁懸浮概念車的研究取得階段性成果；在交流勵(lì)磁發(fā)電的研究方面也獲得良好的進(jìn)展。目前電力電子行業(yè)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究，包括電力電子系統(tǒng)的積木式集成技術(shù)、具有獨(dú)立電源的多電平拓?fù)潆娐贰⒕哂谐瑢?dǎo)儲(chǔ)能的并聯(lián)型UPS、多電平軟開關(guān)技術(shù)、鐵道供電系統(tǒng)的電流諧波抑制和功率因數(shù)改善、逆變器無線均流技術(shù)、電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)器、直流側(cè)諧波抑制的PWM控制策略等。這些成果和研究對(duì)提高我國電力電子行業(yè)的學(xué)術(shù)水平、提升電源產(chǎn)品的技術(shù)含量、趕超世界先進(jìn)水平和增強(qiáng)國際競爭能力具有非常重要的意義。目前，電力電子產(chǎn)品較好地滿足了我國的市場(chǎng)需求，但新型電力電子半導(dǎo)體器件仍需依靠進(jìn)口。專家評(píng)估認(rèn)為，與發(fā)達(dá)國家相比，我國在應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面的差距至少為510年；在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、工人素質(zhì)、持續(xù)創(chuàng)新能力和公司體制等綜合實(shí)力方面的差距約為1015年；特別是對(duì)電源產(chǎn)品和裝置性能有極其重要影響的新型場(chǎng)控器件的芯片制造技術(shù)，目前還處于非常落后的狀態(tài)。展望21世紀(jì)電力電子產(chǎn)業(yè)或電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其動(dòng)向就是圍繞提高效率、提高性能、消除電力公害、減少電磁干擾和電噪聲進(jìn)行不懈的研究。為此，我國電力電子行業(yè)未來幾年開展研究的重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)是進(jìn)一步提高電能變換效率，降低待機(jī)損耗；避免電力公害，盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波，并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1；提高電源裝置和系統(tǒng)的電磁兼容性；降低電噪聲；通過實(shí)施高頻化、元件小型化和先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化和輕量化。13整流技術(shù)的發(fā)展在半導(dǎo)體技術(shù)未出現(xiàn)時(shí)，整流是用電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組合電子管離子管器件來完成的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，半導(dǎo)體整流器在整流技術(shù)中占據(jù)統(tǒng)治地位。整流技術(shù)的發(fā)展可分為四個(gè)階段（1）旋轉(zhuǎn)式AC/DC變換，即電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組；（2）電子管、離子管整流器；（3）不可控整流器（主要指半導(dǎo)體二極管整流器）；（4）可控整流器（又有相位控制和PWM控制之分）。由于旋轉(zhuǎn)式AC/DC變換和電子管、離子管整流器的性價(jià)比很低，現(xiàn)在已基本不被采用。取而代之的是不可控整流器和可控整流器。不可控整流器是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦詠硗瓿烧鞴δ艿?。它的特點(diǎn)是電路簡單、可靠性高，但是由于半導(dǎo)體二極管的不可控性，使其應(yīng)用受到限制?？煽卣髌魇抢镁чl管（SCR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VMOS）、絕緣柵晶體管（IGBT）等大功率開關(guān)器件的半可控性或可控性來完成整流功能的。SCR不具備自關(guān)斷特性，它實(shí)際上是一個(gè)半可控器件。由VMOS、IGBT等構(gòu)成的整流器稱為PWM控制型整流器。PWM控制型整流器也稱為PWM斬波型整流器。它是大功率開關(guān)器件和PWM控制技術(shù)在整流器領(lǐng)域的應(yīng)用，是最具有發(fā)展前途的整流技術(shù)。14本論文主要工作1PWM的基本原理。2了解APFC技術(shù)，完成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3閱讀國內(nèi)外專家論文，翻譯外文資料文獻(xiàn)。4設(shè)計(jì)基于APFC的單相可控整流器，并進(jìn)行MATLAB仿真，驗(yàn)證整流任務(wù)，看是否滿足要求。第2章PWM控制技術(shù)21PWM簡介PWM的全稱是PULSEWIDTHMODULATION（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如我們現(xiàn)在的電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。SPWMSINUSOIDALPWM法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。22PWM控制原理和應(yīng)用221PWM控制的基本原理FTTTOABCDTOTOTOFTFTFT圖21形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖在采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異，例如圖A、B、C所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同。其中如21A為矩形脈沖，圖21B為三角形脈沖，圖21C為正弦半波脈沖，但它們的面積都等于1,，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D21D的單位脈沖函數(shù)T時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。圖22A的電路是一個(gè)具體的例子。圖中ET為電壓窄脈沖，其形狀和面積分別如圖21A、B、C、D所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看出慣性環(huán)節(jié)的RL電路上，設(shè)其電路IT為電路的輸出，圖22B給出了不同的窄脈沖時(shí)IT的波形。從波形可以看出，在IT的上升段，脈沖形狀不同時(shí)IT的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎相同。脈沖越窄，個(gè)IT波形的差異也越小。如果周期性地加上述脈沖，則響應(yīng)IT也是周期性的用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出。AOBTBDCAITITET圖22沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形各IT在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等副不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦波。把圖23的正弦波分成N等份，就可以把正弦半波看成是有N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/N,且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等副而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖B所示的脈沖序列。這就是PWM波形?？梢钥闯?，個(gè)脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦波規(guī)律變換的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦波規(guī)律變化和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波形。TOUAB圖63OUT圖23PWM波代替正弦波要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。PWM波形可分為等幅PWM波河不等幅PWM波兩種。由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波。如直流斬波電路。其PWM波都是又直流源產(chǎn)生的，由于直流源電源幅值基本恒定，因此PWM波是等幅的。不管什么PWM波，都是基于面積等效原理來進(jìn)行控制的，因此其本質(zhì)是形同的。222PWM計(jì)算法和調(diào)制法1計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。2調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求，調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波。調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。異步調(diào)制和同步調(diào)制載波比載波頻率FC與調(diào)制信號(hào)頻率FR之比，NFC/FR根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制A異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式通常保持FC固定不變，當(dāng)FR變化時(shí)，載波比N是變化的，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱，當(dāng)FR較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，當(dāng)FR增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大B同步調(diào)制同步調(diào)制N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步基本同步調(diào)制方式，F(xiàn)R變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定，下面分析，三相電路中公用一個(gè)三角波載波，圖24為同步調(diào)整三相PWM波形，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)FR很低時(shí)，F(xiàn)C也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除，R很高時(shí)，F(xiàn)C會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。C分段同步調(diào)制把FR范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同，在FR高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高在FR低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低為防止FC在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn)可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。圖24PWM調(diào)制波形第3章功率因素校正技術(shù)31發(fā)展歷史采用乘法器的PFC電路，其中特別是BOOSTPFC電路，是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的應(yīng)用廣泛的PFC電路。它的顯著特點(diǎn)是電路工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）,功率因素校正電路可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量，適合于200W以上逆變器應(yīng)用，是一種技術(shù)比較成熟的PFC電路。要提高整流器的輸入功率因素有兩個(gè)途徑一是輸入電流正弦花，二是使輸入電流與輸入電壓同相位。直流濾波電容的值越大RLCD的值就越大，功率因素就越低。所以，為了提高整流器的輸入功率因素，和電壓跟隨器PFC電路相同，必須用有源校正電路吧整流器與直流濾波電容隔開，這就要求有源校正電路必須是DC/DC變換器，為了保證輸入電流正弦化并跟蹤輸入電壓，使它們的波形相同，相位差等于零，有源校正電路又必須是可控的；為了更有效地使輸入電流正弦化，是輸出功率差與輸入功率在每一瞬間都相等，有源校正電路又必須工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。滿足上述這些要求的有源校正電路，通過設(shè)計(jì)，幾乎所有類型的DC/DC開關(guān)變流器都可以實(shí)現(xiàn)功率因素校正。例如BUCK、BOOST、BUCKBOOST、CUK、SEPIC、ZETA變換器等。這就是說所謂的有源功率因素校正電路實(shí)際上就是就是接在整流器與直流濾波電容之間的，采用PWM控制的BUCK、BOOST、BUCKBOOST、CUK,SEPIC、ZETA等DC/DC變流器。對(duì)于乘法器控制的有源校正電路，由于要對(duì)輸入電流的波形和相位進(jìn)行控制，故控制電路必須加入市電網(wǎng)側(cè)輸入電流反饋的內(nèi)環(huán)為了都輸出電壓進(jìn)行控制，有必須加入直流輸出電壓反饋的外環(huán)。為了使輸入電流在波形和相位上很好地跟蹤輸入電壓，控制電路又必須工作在高頻PWM狀態(tài)，這樣就可以得到乘法器控制的PFC電路的原理圖，如圖31所示，用這樣構(gòu)成的有源功率因素校正整流器其網(wǎng)側(cè)輸入功率因素可以提高到接近于1，總的輸入電流波形畸變因素接近于1，諧波含量3。直流輸出電壓也可以維持在一定的范圍內(nèi)。開關(guān)頻率越高，效果越明顯，當(dāng)開關(guān)頻率FS249HZ時(shí)，即可以使輸入功率因素PF095。功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)誕生與20世紀(jì)80年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素接近的有點(diǎn)，因而受到了人們的關(guān)注。但20世紀(jì)80年代的功率因素校正技術(shù)大部分是寄予BOOST電路原理。所以說20世紀(jì)80年代是BOOST功率因素校正年代。這個(gè)階段的注意特點(diǎn)是校正器采用的是“乘法器（MULTIPLIER）原理進(jìn)行控制，校正器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。但是控制比較復(fù)雜，不適合200以下小容量使用20世紀(jì)80年代后期又針對(duì)小容量整流器提出了電壓跟隨器校正技術(shù)，校正器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM），使控制電路大大簡化，很適合200以下小容量整流器使用，一般不能用在較大功率整流器中。20世紀(jì)90年代是功率因素校正技術(shù)大發(fā)展的階段，在這一階段，功率因素校正技術(shù)的理論日趨完善，校正技術(shù)與軟開關(guān)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高了功率因素校正技術(shù)電路的性能。URL低通濾波器CDUR乘法器內(nèi)環(huán)外環(huán)BUCKBOOSTBUCKBOOSTCUKSEPICZEA圖31乘法器控制的PFC原理框圖32BOOSTPFC電路與BUCK電路的對(duì)偶性整流器的負(fù)載是逆變器，逆變器有電壓型和電流型兩種?？紤]到這種需要和有源校正DC/DC變換器的輸入特點(diǎn)，有源校正電路從輸入結(jié)構(gòu)形式來分，又可以分為電感輸入型和電容輸入型兩種。所謂電感輸入型，就是用電感L作為輸入的電路，這類電路的典型代表是BOOST有源功率因素校正電路，它主要用于電壓型逆變器。這種電路的特點(diǎn)是電路連續(xù)，缺點(diǎn)是只能升壓不能降壓、啟動(dòng)及過載沖擊大、保護(hù)困難、空載性能差，所謂電容輸入型，就是用電容C作為輸入的電路，這類電路的典型代表是BUCK有源功率因素校正DIALUP，它主要用于電流型逆變器。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、抗短路能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、電流不連續(xù)、只能降壓不能升壓。電感輸入型與電容輸入型PFC電路的組成如圖32所示，其中圖A為電感輸入型，圖B為電容輸入型，這兩種電路是對(duì)偶的。表一給出了電感輸入型和電容輸入型PFC電路的對(duì)偶性對(duì)照表，表一電感輸入型與電容輸入型PFC電路的對(duì)偶性對(duì)照實(shí)際上，對(duì)于BUCK有源校正電路的大量工作研究工作都是以電壓源輸入為目的，這是因?yàn)槭攀须婋娋W(wǎng)本身是一個(gè)電壓源，同時(shí)電壓型逆變器應(yīng)用也有比較多的原因。在作為電壓源輸出時(shí)，對(duì)于單相高功率因素應(yīng)用是有局限的，無論采用連續(xù)或斷續(xù)控制，在交流輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，輸入電流是不存在的，這樣，輸入功率因素因電流而難以提高，對(duì)于圖8所示的原理框圖中，六種DC/DC變換器電路都可以互相采用，但是應(yīng)用較多的是BOOSTPFC電路，這是因?yàn)樗木W(wǎng)側(cè)輸入電流總是連續(xù)的，而且由于儲(chǔ)能電感常常接在輸入端，所以控制電感電流按正弦變化就可以提高整流器的功率因素。這種控制電感電流的方式就是通常所說的“電路模式控制方式。目前電流模式控制方式有兩種，電路項(xiàng)目電感輸入型電容輸入型電路BOOSTBUCK電源UI儲(chǔ)能LC直流濾波CDLD輸出UDOID開關(guān)工作方式開關(guān)管開通開關(guān)管關(guān)斷開關(guān)管關(guān)斷開關(guān)管開通PWM控制方式CCM電流滯環(huán)DCM電感電流斷續(xù)CCM電壓滯環(huán)DCM電容電壓斷續(xù)即“峰值電流”模式控制和“平均電流”模式控制。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，峰值電流模式對(duì)功率因素校正整流器的動(dòng)態(tài)性能有不利的影響，二平均電流模式則能成功地解決上述問題。這種控制思想對(duì)BUCK和BUCKBOOST電路也是適合的。UCDLBOOSTPFC電路乘法器控制器IUDORLA）UBOOSTPFC電路乘法器控制器IUDORLCDLB）圖32電感輸入型與電容輸入型PFC電路A）電感輸入型B）電容輸入型33PFC技術(shù)分類及研究方向功率因素校正技術(shù)有很多分類法，從市電電網(wǎng)輸入方式可以分為單項(xiàng)PFC電路和三相PFC電路。就功率因素校正器本身的結(jié)構(gòu)而言，功率因素校正器有可以分為兩級(jí)式和單級(jí)式兩種，如圖3所示，其中圖阿是兩級(jí)式，即PFC級(jí)和DC/DC級(jí)。它們各自都有自己的開關(guān)器件和控制電路。PFC級(jí)主要作用是使線電流跟蹤線電壓，使線電流正弦化，減少諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，提高輸入功率因素。DC/DC級(jí)主要用來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)。圖B是單級(jí)式，即使PFC和DC/DC級(jí)合并，共用一個(gè)開關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的正弦化和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。由于控制電路主要是用來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此輸入電流正弦化的程度就差，但電路要比兩級(jí)式簡單很多。根據(jù)PFC即與DC/DC級(jí)電流的工作模態(tài)，兩級(jí)PFC又分為四種，即CCMPFCDCMDC/DCCCMPFCCCMDC/DCDCMPFCCCMDC/DCDCMPFCDCMDC/DC34PFC技術(shù)分類根據(jù)控制方式，兩級(jí)PFC又可以分為PWM控制和變頻控制。單級(jí)PFC主要分為BOOST和BUCKBOOST，BOOST又分為兩端模式和三端模式。BOOSTPFC的優(yōu)點(diǎn)是輸入電流應(yīng)力小、效率高；而BUCKBOOSTPFC輸入電流應(yīng)力較大，但儲(chǔ)能電容電壓較低，功率因素也高一些，圖33為兩級(jí)和單級(jí)變換器。從開關(guān)型式來分，PFC電路又可分為硬開關(guān)電路和軟開關(guān)電路（ZCS或ZVS）兩種類型，不管是單相PFC或是三相PFC電路，研究表明。所有的DC/DC開關(guān)變換器如BUCK、BOOST、CUKBUCKBOOST、SEPIC、ZETA等，都可以用于功率因素校正。這些變換器工作于不同導(dǎo)電模式時(shí)，其功率因素校正的機(jī)理也不相同。工作于連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)CCM,應(yīng)用乘法器（MULTIPLIER）式控制電路；工作于不連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)（DCM）,應(yīng)用電壓跟隨器（VOLTAGEFOLLWOER）式控制電路。單相或三相整流器PFCDC/DC單相或三相輸入PFC控制器DC/DC控制器UDOUINIINA）單相或三相整流器單相或三相輸入DC/DC控制器UDOUINIINPFC而工作在CCM導(dǎo)電模式的乘法器PFC在電壓跟隨器PFC電路中，變換器工作在DCM模式中，因此由二極管反向恢復(fù)電流引起的開光關(guān)斷損耗也較低。但是從校正器變換的功率容量來說，前者只適合與200W以下的容量，而工作在CCM模式的乘法器方式的PFC卻可以應(yīng)用于200W以上的容量。近幾年來，又出現(xiàn)了一些新的功率因數(shù)校正技術(shù)得到了人們的認(rèn)可，如三電平PFC技術(shù)，磁放大器PFC和不連續(xù)電容電壓模式PFC技術(shù)等。應(yīng)用現(xiàn)代高速開關(guān)器件及高頻功率電子電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路已經(jīng)成為PFC電路的主流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，PFC技術(shù)也在不斷的發(fā)展。從資料上看，近幾年功率因數(shù)校正技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面新電路結(jié)構(gòu)的提出；把DC/DC變換器中的新技術(shù)應(yīng)用到PFC電路中（如軟開關(guān)技術(shù)、開關(guān)電容功率網(wǎng)絡(luò)等）；新型控制方法以及基于新電路結(jié)構(gòu)的特殊控制方式；單級(jí)PFC以及穩(wěn)壓開關(guān)變換器的穩(wěn)定性研究?，F(xiàn)有的功率因素校正技術(shù)給整流電路設(shè)備帶來的附加成本和氣復(fù)雜性，極大地限制著這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此降低成本、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)具有軟開關(guān)性能響應(yīng)速度快、低輸出紋波的單級(jí)隔離高功率因素是目前研究人員追求的目標(biāo)，可以相信，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率因素校正技術(shù)會(huì)越來越完善，應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。35基本的兩種功率因素校正技術(shù)在20實(shí)際80年代中期，功率因素校正器的研究以乘法器方式為主，其基本原理如圖34所示。圖中BOOST變換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）,其電感電流就是輸入電流。電感電流被采樣并被控制，使其幅值與輸入電壓相位相同的正弦波參考信號(hào)成正比，從而達(dá)到功率因素趨近1的校正目的；乘法器方式PFC電路還可以根據(jù)輸出電壓反饋信號(hào)，利用一個(gè)乘法器電路來控制正弦參考電流信號(hào)，從而得到可以調(diào)整的輸入電壓。有關(guān)乘法器型PFC技術(shù)的控制方式可以分為三種即恒頻控制（CONSTANTFREQUENCYCONTROL）恒誤差帶控制（CONSTANTTOLERANCEBANDCONTROL）和變差帶控制（VARIABLETOLERANCEBANDCONTROL）?；贐OOST變換器、連續(xù)導(dǎo)電模式下的乘法器功率因素校正電路可以獲得很大的轉(zhuǎn)換容量，在工業(yè)上已得到廣泛應(yīng)用。其控制電路已有單片集成電路實(shí)現(xiàn)，如MC34262,對(duì)這一類功率因素校正電路的研究方向是研究新的主電路結(jié)構(gòu)和研究各種新的控制技術(shù)，如滑膜SLIDINGMODE控制和單周期（ONECYCLE）控制等。這種PFC技術(shù)的特點(diǎn)是連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）、采用乘法器控制、需要引入多個(gè)反饋方式控制電路復(fù)雜、轉(zhuǎn)換容量大,可用于200W以上的PFC電路。U低通濾波器VDCDLURUDOIRS乘法器RL圖34典型的乘法器方式PFC電路電壓跟隨器功率因素校正技術(shù)，為了研究適合200W以下小功率容量的PFC電路，20世紀(jì)80年代末，由DOC、SDFREELAND首先提出了利用不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）進(jìn)行功率因素校正的概念，出現(xiàn)了功率因素電壓跟隨器PFC技術(shù)?！半妷焊S器|”這個(gè)詞是首先由KHLIU應(yīng)用到功率因素校正技術(shù)中的?；镜碾妷焊S器BOOSTPFC電路如圖35所以URL低通濾波器VDCDLRURUDOSPWM控制器CFL圖35電壓跟隨器BOOSTPFC電路此電路工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM），開關(guān)S由輸出電壓誤差信號(hào)控制，開關(guān)周期為常數(shù)。由于電感電流峰值基本上成正比于輸入電壓，因此，輸入電路波形將自然地跟隨輸入電壓波形。實(shí)際上，對(duì)于不同的變換器結(jié)構(gòu)，輸入電流波形將會(huì)出現(xiàn)不同的程度的畸變，但這對(duì)輸入功率因素的影響不大。與乘法器型PFC電路相比，電壓跟隨器PFC型電路可以直接采用常規(guī)的PWM調(diào)節(jié)老控制輸出電壓和同事獲得接近于1的輸入功率因素，因此控制電路簡單，僅需要一個(gè)輸出電壓開關(guān)控制開關(guān)，現(xiàn)有的多數(shù)開關(guān)電源PWM控制集成電路都可以用來作為電壓跟隨器輸出二極管反向恢復(fù)電流而帶來的問題。這種PFCDIALUP的特點(diǎn)是變換器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式、采用電壓跟隨器控制，可以直接采用常規(guī)的PWM調(diào)制，同事提高輸入功率因素和調(diào)節(jié)輸出電壓，控制電路簡單，成本低。電壓跟隨器有以下的缺點(diǎn)只適合200W以下功率容量；輸入電流波形為脈動(dòng)三角波，因此其前端需加一個(gè)小濾波電容以消除高頻紋波；具有較高的開關(guān)峰值電流，這會(huì)帶來較大的開關(guān)關(guān)斷損耗。第4章有源功率因素校正（APFC）技術(shù)41功率因數(shù)PF的定義功率因數(shù)PF是指交流輸入有功功率P與輸入視在功率S的比值。即（1）PFSCOS1RMIV1RICOS式1中為輸入基波電流有效值；2RMSI1為輸入電流失真系數(shù)；為輸入電流有效值；IRMSCOS為基波電壓與基波電流之間的相移因數(shù)?？梢奝F由和COS決定。COS低，則表示用電電器設(shè)備的無功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。值低，則表示輸入電流諧波分量大，對(duì)電網(wǎng)造成污染，嚴(yán)重時(shí)，對(duì)三相四線制供電還會(huì)造成中線電位偏移，致使用電電器設(shè)備損壞。由于常規(guī)整流裝置使用晶閘管或二極管，整流器件的導(dǎo)通角遠(yuǎn)小于180，從而產(chǎn)生大量諧波電流成分，而諧波電流不做功，只有基波電流做功，功率因數(shù)很低。42功率因數(shù)校正交流輸入電源經(jīng)整流和濾波后，非線性負(fù)載使得輸入電流波形畸變，輸入電流呈脈沖波形，含有大量的諧波分量，使得功率因數(shù)很低。由此帶來的問題是諧波電流污染電網(wǎng)，干擾其他用電設(shè)備；在輸入功率一定的條件下，輸入電流較大，必須增大輸入斷路器和電源線的量；三相四線制供電時(shí)中線中的電流較大，由于中線中無過流防護(hù)裝置，有可能過熱甚至著火。為此，沒有功率因數(shù)校正電路的開關(guān)電源被逐漸限制應(yīng)用。因此，開關(guān)電源必須減小諧波分量，提高功率因數(shù)。提高功率因數(shù)對(duì)于降低能源消耗，減小電源設(shè)備的體積和重量，縮小導(dǎo)線截面積，減弱電源設(shè)備對(duì)外輻射和傳導(dǎo)干擾都具有重大意義。所以，設(shè)有功率因數(shù)校正電路使功率因數(shù)近于1的開關(guān)電源得到迅速的發(fā)展。功率因數(shù)校正，就是將畸變電流校正為正弦電流，并使之與電壓同相位，從而使功率因數(shù)接近于1。43功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法由式1可知，要提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑，即使輸入電壓、輸入電流同相位；使輸入電流正弦化。利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。功率因數(shù)校正電路分為有源和無源兩類。無源校正電路通常由大容量的電感、電容組成。雖然無源功率因數(shù)校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因數(shù)校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù)提高到O708，因而在中小功率電源中被廣泛采用。有源功率因數(shù)校正電路自上世紀(jì)90年代以來得到了迅速推廣。它是在橋式整流器與輸出電容濾波器之間加入一個(gè)功率變換電路，使功率因數(shù)接近1。有源功率因數(shù)校正電路工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，體積小、重量輕，比無源功率因數(shù)校正電路效率高。本文主要討論有源功率因數(shù)校正方法。44有源功率因數(shù)校正方法分類1按有源功率因數(shù)校正拓?fù)浞诸怉降壓式因噪聲大，濾波困難，功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)，很少被采用。B升降壓式須用二個(gè)功率開關(guān)管，有一個(gè)功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)浮動(dòng)，電路復(fù)雜，較少采用。C反激式輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于150W以下功率的應(yīng)用場(chǎng)合。典型電路如圖41所示。圖41反激式變換器D升壓式BOOST簡單電流型控制，戶F值高，總諧波失真THD小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。典型電路如圖42所示。適用于752000W功率范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)用最為廣泛。它具有以下優(yōu)點(diǎn)電路中的電感L適用于電流型控制；由于升壓型APFC的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器C上保持高電壓，所以電容器C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)時(shí)，易于EMI濾波；升壓電感L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。圖42升壓式變換器2按輸入電流的控制原理分類A平均電流型工作頻率固定，輸入電流連續(xù)CCM，波形圖如圖43A所示。TI公司的UC3854就工作在平均電流控制方式。圖43電流波形這種控制力式的優(yōu)點(diǎn)是恒頻控制；工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)，開關(guān)管電流有效值小、EMI濾波器體積小；能抑制開關(guān)噪聲；輸入電流波形失真小。主要缺點(diǎn)是控制電路復(fù)雜，須用乘法器和除法器，需檢測(cè)電感電流，需電流控制環(huán)路。B滯后電流型工作頻率可變，電流達(dá)到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。電流波形平均值取決于電感輸入電流，波形圖如圖43B所示。C峰值電流型工作頻率變化，電流不連續(xù)DCM，波形圖如圖43C所示。DCM采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，似存在以下缺點(diǎn)PF和輸入電壓VIN與輸出電壓V0的比值有關(guān)，即當(dāng)VIN變化吋，PF值也將發(fā)生變化，同時(shí)輸入電流波形隨VIN/VO的值的加大而使THD變大；開關(guān)管的峰值電流大在相同容量情況下，DCM中通過開關(guān)器件的峰值電流為CCM的2倍，從而導(dǎo)致開關(guān)管損耗增加。所以在大功率APFC電路中，常采用CCM方式。D電壓控制型工作頻率固定，電流不連續(xù)，采用固定占空比的方法，電流自動(dòng)跟隨電壓。這種控制方法一般用在輸出功率比較小的場(chǎng)合，另外在單級(jí)功率因數(shù)校正中多采用這種方法，后面會(huì)介紹。波形圖如圖43D所示。3其他控制方法A非線性載波控制技術(shù)非線性載波控制NLC不需要采樣電壓，內(nèi)部電路作為乘法器，即載波發(fā)生器為電流控制環(huán)產(chǎn)生時(shí)變參考信號(hào)。這種控制方法工作在CCM模式，可用于FLYBACK,CUK,BOOST等拓?fù)渲?，其調(diào)制方式有脈沖前沿調(diào)制和脈沖后沿調(diào)制。B單周期控制技術(shù)單周期控制原理圖如圖44所示，是一種非線性控制技術(shù)。該控制方法的突出特點(diǎn)是，無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量通常為斬波波形的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有效地抑制電源側(cè)的擾動(dòng)，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差，也沒有暫態(tài)誤差，這種控制技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的場(chǎng)合，不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償。C電荷泵控制技術(shù)利用電流互感器檢測(cè)開關(guān)管的開通電流，并給檢測(cè)電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到控制電壓時(shí)關(guān)閉開關(guān)管，并同時(shí)放掉檢測(cè)電容上的電壓，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來使開關(guān)管再次開通，控制電壓與電網(wǎng)輸入電壓同相位，并按正弦規(guī)律變化。由于控制信號(hào)實(shí)際為開關(guān)電流在一個(gè)周期內(nèi)的總電荷，因此稱為電荷控制方式。TU圖44單周期控制技術(shù)45功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前研究的兩級(jí)功率因數(shù)校正，一般都是指BOOSTPFC前置級(jí)和后隨DCDC功率變換級(jí)。如圖45所示。對(duì)BOOSTPFC前置級(jí)研究的熱點(diǎn)有兩個(gè)，一是功率電路進(jìn)一步完善，二是控制簡單化。如果工作在PWM硬開關(guān)狀態(tài)下，MOSFET的開通損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗都會(huì)相當(dāng)大，因此，最大的問題是如何消除這兩個(gè)損耗，相應(yīng)就有許多關(guān)于軟開關(guān)BOOST變換器理論的研究，現(xiàn)在具有代表性的有兩種技術(shù)，一是有源軟開關(guān)，二是無源軟開關(guān)即無源無損吸收網(wǎng)絡(luò)。圖45單級(jí)電路有源軟開關(guān)采用附加的一些輔助開關(guān)管和一些無源的電感電容以及二極管，通過控制主開關(guān)管和輔助開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)序來實(shí)現(xiàn)ZVS或者ZCS。比較成熟的有ZVTBOOST，ZVSBOOST，ZCSBOOST電路等。雖然有源軟開關(guān)能有效地解決主開關(guān)管的軟開關(guān)問題，但輔助開關(guān)管往往仍然是硬開關(guān)，仍然會(huì)產(chǎn)生很大損耗，再加上復(fù)雜的時(shí)序控制，使變換器的成本增加，可靠性降低。無源無損吸收則是采用無源元件來減小MOSFET的DVDT和二極管的DVDT，從而減小開通損耗和反向恢復(fù)損耗。它的成本低廉，不需要復(fù)雜的控制，可靠性較高。除了軟開關(guān)的研究之外，另一個(gè)人們關(guān)心的研究方向是控制技術(shù)。曰前最為常用的控制方法是平均電流控制，CCMDCM臨界控制和滯后控制3種方法。但是新的控制方法不斷出現(xiàn)，其中大部分是非線性控制方法，比如非線性載波技術(shù)和單周期控制技術(shù)。這些控制技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是使電路的復(fù)雜程度大大降低，可靠性增強(qiáng)。現(xiàn)在商業(yè)化的非線性控制芯片有英飛凌公司的一種新的CCM的PFC控制器，被命名為ICELPCSOI，是基于一種新的控制方案開發(fā)出來的。與傳統(tǒng)的PFC解決方案比較，這種新的集成芯片IC無需直接來自交流電源的正弦波參考信號(hào)。該芯片采用了電流平均值控制方法，使得功率因數(shù)可以達(dá)到1。另外，還有IR公司的IRIS51XX系列，基于單周期控制原理，不需要采集輸入電壓，外圍電路簡單。第5章MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)51電路的工作原理有源功率因素校正（ACTIVEPOWERFACTORCORRECTION，APFC）電路。是指在傳統(tǒng)的不控整流中融入有源器件，使得交流側(cè)電流在一定程度上正弦化，從而減小裝置的非線性，改變功率因數(shù)的一種高頻整流電路。基本的單相APFC電路在單相橋式不可控整流器和負(fù)載電阻之間增加一個(gè)DCDC功率變換電路，通常采用BOOST電路。通過適當(dāng)?shù)目刂艬OOST電路中開關(guān)管的通斷，將整流器的輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓相同相位的正弦波，消除諧波和無功電流，將電網(wǎng)功率因素提高到近似1，其電路圖如圖51所示假定開關(guān)頻率足夠高，保證電感L的電流連續(xù)輸入電容C足夠大。輸入電壓UO可以為是恒定直流電壓，電網(wǎng)電壓UI為理想正弦，即UIUMSINT，則不可控整流橋的輸入電壓UD為正弦半波。UDUM。UITSNUIDCLQRULUOUDIIIL圖51APFC電路原理圖當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，UD對(duì)電感充電，電感電流增加，電容C向負(fù)載放電，當(dāng)Q關(guān)斷，二極管D導(dǎo)通時(shí)，電感兩端電壓UL反向，UD和UL對(duì)電容充電，電感電流IL減小。電感電流滿足LULDTITSTOTKNKONKUTM,SII通過控制Q的通斷，即調(diào)節(jié)占空比D,可以控制電感電流IL。若能控制IL近似為正弦半波電流，且與UD同相位，則整流橋交流側(cè)電流II也近似為正弦電流，且與電網(wǎng)電壓UI同相位，即可達(dá)到功率因素校正的目的，維持需要引入閉環(huán)控制?？刂破鞅仨殞?shí)現(xiàn)以下兩個(gè)要求一是實(shí)現(xiàn)輸入直流電壓UO的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到給定值二是保證網(wǎng)側(cè)電路正弦化，且功率因素為1。即在穩(wěn)定輸出電壓UO的情況下。使電感電流IL與UD波形相同。采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的單相APFC雙閉環(huán)控制原理如圖52。電壓外環(huán)的任務(wù)是得到可以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的電感電流指令值IL,給定輸出電壓UO減去測(cè)量到的實(shí)際輸出電壓UO的差值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出電感電流的幅值指令I(lǐng)L，測(cè)量到的整流橋出口電壓UD除以其幅值UM后，可以得到表示UD波形的量UD，UD為幅值為1的正弦波，相位與UD相同，IL與UD相乘，便可以得到電感電流的指令值IL。IL為與UD同相位的正弦半波電流，其幅值可控制直流電壓UO的大小。電流內(nèi)環(huán)的任務(wù)是通過控制開關(guān)管Q的通斷，使實(shí)際的電感電流IL跟蹤其指令值IL。此處采用滯環(huán)控制方法。根據(jù)電感電流的公式，當(dāng)Q導(dǎo)通是電感電流增大，當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)電感電流減小。令I(lǐng)L減去IL。若差值IL0，令Q導(dǎo)通，以增大IL，可以保證實(shí)際的電感電流IL在其指令值IL附近波動(dòng)，波動(dòng)的大小與滯環(huán)寬度有個(gè)，即與設(shè)定的ILMAX和ILMIN有關(guān)。UIDCLQRULUOUDIIIL1/UM乘法器PIUDUDUOILUOIL電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)IL圖52APFC控制框圖52MATLAB仿真521MATLAB仿真圖在SIMULIK中的SIMPOWERSYSTEMS中選取以下仿真器件PIDCONTROL（PID調(diào)節(jié)器）、RELAY（滯環(huán)比較器）、單相AC電壓源、電流和電壓測(cè)量表、UNIVERSALBRIDGE（通用橋電路）、MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、DIODE（電力二極管）、GAIN（濾波器）、SERIESRLCRRANCH（RLC器件）、PRODUCT（乘法器）、CONSTANT（常數(shù)）、SCOPE（示波器）、DIVIDE除法器、POWERGUI（仿真的工作環(huán)境）、DISPLAY（顯示器）、DISCR