峰值電流控制的單相BOOST-PFC變換器工作原理分析

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上濱江學院 學年論文題 目 峰值電流控制的單相BOOST PFC變換器工作原理分析院 系 濱江學院 專 業(yè) 電氣工程與自動化 學生姓名 徐小松 學 號 指導教師 毛鵬 職 稱 講師 二一一年 二 月 十八 日 峰值電流控制的單相BOOST PFC變換器工作原理分析 徐小松 南京信息工程大學濱江學院電氣工程與自動化，南京 摘要：傳統的電壓型控制是一種單環(huán)控制系統，是一種有條件的穩(wěn)定系統。因而出現了雙環(huán)控制系統即電流型控制系統。從原理、應用方面系統地論述了單相PFC變換器中電流型控制的發(fā)展，闡述了各種控制方法的優(yōu)缺點。峰值和平均電流型控制是單相PFC中應用最頻繁的兩種電流控

2、制方法。因而對這兩種方法的討論得出一些結論。關鍵詞： BOOST變換器 ，功率因數PFC，峰值電流控制，平均電流控制1 引言峰值電流模式控制簡稱電流模式控制。它的概念在60年代后期來源于具有原邊電流保護功能的單端自激式反激開關電源。在70年代后期才從學術上作深入地建模研究。直至80年代初期，第一批電流模式控制PWM集成電路（UC3842、UC3846）的出現使得電流模式控制迅速推廣應用，主要用于單端及推挽電路。近年來，由于大占空比時所必需的同步不失真斜坡補償技術實現上的難度及抗噪聲性能差，電流模式控制面臨著改善性能后的電壓模式控制的挑戰(zhàn)。誤差電壓信號送至PWM比較器后，并不是象電壓模式那樣與振

3、蕩電路產生的固定三角波狀電壓斜坡比較，而是與一個變化的其峰值代表輸出電感電流峰值的三角狀波形或梯形尖角狀合成波形信號U比較，然后得到PWM脈沖關斷時刻。因此(峰值)電流模式控制不是用電壓誤差信號直接控制PWM脈沖寬度，而是直接控制峰值輸出側的電感電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。2 Boost變換器及其工作原理工程中常用的升壓（Boost）變換器的原理圖如圖1所 示56，其中Vi為輸入直流電源，Q為功率開關管，在外部脈沖信號的激勵下工作于開關狀態(tài)，Q導通，輸入電流流經電感L和開關管Q，電感L儲能； 開關管Q截止時，二極管D導通，直流電源Vi和電感L同時向負載R供電，輸入電流經電感L、二極

4、管D流向負載R，同時給電容C充電，電感L釋放能量，在理 想情況下，該電路輸出電壓： 圖1 BOOST變換器式中D為Boost變換器的占空比，因為占空比D<1，所以V（out）>Vi，故稱升壓式換器。Boost變換器的工作模式分為電 感電流連續(xù)工作模式（CCM）和電感電流斷續(xù)工作模式（DCM），所不同的是電流斷續(xù)模式比電流連續(xù)模式多出一個電感電流為零的工作狀態(tài)。Boost變換 器的工作狀態(tài)如圖2所示。 圖2 BOOST 變換器的工作狀態(tài)3 PFC變換器的工作原理及實現方法3.1 PFC變換器工作原理分析首先給出相關術語的基本定義：功率因數（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功

5、率（S）的比值。即 （1）式中： 表示輸入基波電流有效值 表示輸入電流有效值 表示輸入電流失真系數 表示基波電壓與基波電流之間的相移因數所以功率因數可以定義為輸入電流失真系數（）與相移因數（）的乘積。可見功率因數（PF）由流失真系數（）和基波電壓與基波電流之間的相移因數（）。低則表示用電電器設備的無功功率大，設備利用率低，導線、變壓器繞組損耗大。同時，電流失真系數值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形失真，對電網造成污染2。 功率因數與總諧波失真系數（THD）的關系：由 （2） 及 THD= （3）有 （4）即 （5）因此，提高功率因數可以大大減少輸入線路的諧波失真，提高電源的利用

6、率。 3.2 功率因數校正的實現方法功率因素的定義，可知，要提高功率因素有兩個途徑：1.使輸入電壓、輸入電流同相位。此時，。2.使輸入電流正弦化。即（諧波為零），有即從而實現功率因數校正。利用功率因數校正技術可以使交流輸入電流波形完全跟蹤輸入電壓波形，使輸入電流波形成正弦波，并且和輸入電壓同相位4.峰值電流控制的PFC BOOST變換器的工作原理 基于峰值電流控制的PFC BOOST變換器的電路框圖如圖3所示。 圖3 基于峰值電流控制的BOOST PFC變換器原理圖為實現PFC功能與輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)，圖中為正弦交流輸入電壓，其幅值為,周期為T，角頻率為，為流過電感 L的電流,為電容C兩端電壓

7、； 為 的參考電流； 為橋式整流輸出電壓；為的參考電壓； 和分別為輸入電壓前饋增益和輸出電壓反饋誤差增益；開關管的占空比為時鐘脈沖周期為 ?？刂齐娐酚?個閉環(huán)組成，在電流內環(huán)，電感電流和參考電流比較后作為開關管 的控制信號。在穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓是脈動很小的直流電壓，而參考電流由輸入電壓采樣信號和輸出電壓誤差信號的乘積提供，因此參考信號是正向半波正弦信號。當電流內環(huán)控制電感電流跟蹤參考電流變化時，就可以使系統達到近似單位功率因數。電壓外環(huán)的主要作用是減少輸出電壓紋波，保持輸出電壓穩(wěn)定。根據開關管與二極管的工作狀態(tài)，得到變換器的3中工作模式為；工作模式1，當導通與關斷，此時有, 工作模式2，當S關斷

8、與D導通，此時有 , 工作模式3，當S關斷與D關斷，此時電感電流為零，所以有， 式中，=2，是電源角頻率，為了簡化表達式，令為系統的狀態(tài)變量，那么可以重寫上面的等式為 < < 上式中, , 系統輸入電壓=，因此峰值電流控制下的PFC變換器是一個周期性分段平滑非線性系統。5 峰值電流檢測與平均電流檢測 在電流型變換器中由平均電感電流產生一個誤差電壓，這個平均電感電流可用一個電流源代替，并可以降低系統的一個階次。減小峰值電感電流與平均電流的誤差電流模式控制是一種固定時鐘開啟，峰值電流關斷的控制方法。因為峰值電流在實際電路中容易采樣，而且在邏輯上與平均電感電流大小變化相一致。但是，電感電

9、流與輸出平均電流之間存在一定的誤差，峰值電感電流的大小一一對應，因為在占空比不同的情況下，相同的峰值電感電流可以對應不同的平均電感電流。而平均電感電流是唯一決定輸出電壓大小的因素。與消除諧波振蕩的方法類似，利用諧波補償可以去除不同占空比對平均電感電流大小的影響，使得所控制的峰值電感電流最后收斂與平均電感電流。在數學上可以證明，將電感電流下諧波斜率的至少一半以上斜率加在實際檢測電流的上斜波上，可以去除不同占空比對平均電感電流大小的擾動作用，使得所控制的峰值電感電流最后收斂與平均電感電流。因而合成波形信號要有斜波補償信號與實際電感電流信號兩部分合成構成。當外加補償斜波信號的斜率增加到一定程度，峰值

10、電流模式控制就會轉化為電壓模式控制。6 結論本文詳細分析了BOOST變換器的基本原理和功率因數PFC的概念，知道峰值電流模式控制的系統穩(wěn)定性好，響應速度快，實現也很容易，并且能夠限制電路中的峰值電流，從而保護器件。知道了電感電流連續(xù)工作模式控制的峰值電流控制的BOOST PFC電路，它主要應用于電源功率較高的場合。 參考文獻 （1） 雷濤，林輝，張曉斌，峰值電流控制下PFC BOOST變換器的工作原理，西北工業(yè)大學自動化學院。（2） 基于PSpice軟件的單相BOOST變換器的訪真分析，來源：電源世界。（3） Rajesh Ghosh，G NarayananA Simple Analog Co

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12、1578Analysis of Peak current of single phase BOOST PFC converter operating principleXuXiaoSongNanjing information engineering university electrical engineering and automation, nanjing AbstractConventional voltage mode control is a single-loop control system is a system of conditional stability.Has l

13、ed to a double-loop control system that the current control system.In principle, the application of systematic analysis of single-phase PFC converters current-mode control of development, described the advantages and disadvantages of various control methods.Peak and average current-mode single-phase PFC control is the most