交錯并聯(lián)Boost型PFC電路的設(shè)計

2隨著科技的發(fā)展，電力電子技術(shù)也在不斷走向進步，電力電子多，電能質(zhì)量的問題便顯得尤為重要。功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)可以緩解電力電子器件運害。在傳統(tǒng)的電路里面引入交錯并聯(lián)的元素對于單路有極大的優(yōu)勢，比如，可以緩解單個化供電設(shè)備的工作性能；有利于提高供電設(shè)備功率等級。在升壓變換器中增加交錯并聯(lián)的后對CCM模式下交錯并聯(lián)BoostPFC電路的工作狀態(tài)進行理論分析一個電壓外環(huán)，以外環(huán)的輸出作為內(nèi)環(huán)的給定，內(nèi)環(huán)獨立控制，以實現(xiàn)不同的相位。用Matlab/電路的仿真模型，通過對比交錯并聯(lián)BoostPFC電路與不加PFC電路的輸入電壓電流波;4科學技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)、家電等電力設(shè)備不斷增多，開關(guān)電源以其體積小，重度高等特點，為通信設(shè)備、電腦及各類家庭電器等產(chǎn)品的直接供電，其在電源裝置中占據(jù)著主電力電子器件的大量使用，使得電網(wǎng)的功耗越來越小。電網(wǎng)中的諧波污染問題日益受到人們的際學術(shù)機構(gòu)以及世界上許多國家對于電力系統(tǒng)中的諧波污染出了一系列應(yīng)對措施，保證環(huán)境安術(shù)的應(yīng)用極大地有助于各項措施的有效落實。功率因數(shù)校正可以很好的用電，并能很好地降低傳統(tǒng)的整流電源采用大容量濾波器和整流器與電力系統(tǒng)相結(jié)合，由于采用了具有非線性特性容器從而引發(fā)電流諧波。電流諧波的產(chǎn)生會對用電環(huán)境造成不良影響，比如，對于開關(guān)式電波污染環(huán)境以外，還會使得設(shè)備的資源重復(fù)利用率嚴重下降。另外，電力電子器件的峰值脈變，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴重的危害。這些電流諧波所造成的的一系列的影響就是“諧波污染流是三相流過電流之和，諧波會引起故障的發(fā)生。對于一些通信裝置，他們的保護裝置可能高效利用功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）實現(xiàn)最大程度諧波污染的降低已經(jīng)是目前校正技術(shù)引入電力電子裝置之中，可以凈化用電環(huán)境，防止電供電設(shè)備前面部分采用二極管和大容量電容器來進行整理并且濾除低頻紋波，實現(xiàn)AC/DC的設(shè)備和電力系統(tǒng)用一個導通角很小的二極管相連，5壓大于濾波器的電壓時才可能獲得電能，換句話來說，整流電路的負載在工頻周期很短的使用二極管整流橋時，由于二極管的導通角很小，整流電路只有在濾波電容上的電壓小于能量。非受控整流呈現(xiàn)脈沖形狀。這種脈沖非正弦電流中含有大量高次諧波，嚴重扭曲了國際組織提出了如IEC555-2、IEC61000-3法：被動法主要是用不同的電路來提升電路的性能;而主動法則是通過主動設(shè)計一些參數(shù)性高的功率因數(shù)。電路的前面部分是一個二極管的整流橋，在后面加入電容器來進行濾波，電器這就構(gòu)成了有源功率因數(shù)校正(APFC)電路，它是比較常用的減少數(shù)校正（PFC）技術(shù)可以提高資源利用率、減少開關(guān)損耗，從而提高電源取PFC措施，有利于提高電力電子裝置自身的可靠性。隨著技無源功率因數(shù)校正技術(shù)（PPFC）的核心思想是補償無功功率，而有源功率因數(shù)矯正技術(shù)則無源功率因數(shù)校正技術(shù)中，用于補償無功功率的器件通常是儲能元件，比如電容或者起構(gòu)成無源網(wǎng)絡(luò)，主要起濾波作用；如圖1.1所示就是一個典型的無源功率因數(shù)校正電路。隨著科學技術(shù)的不斷進步，PPFC技術(shù)也在不斷地發(fā)展進步，近年來，很6而無源功率因數(shù)校正技術(shù)則是直接在由二極管組成的整流電路之后加入DC/DC變換器，型器件來完成功率因數(shù)矯正，提高電路性能；獲得良好的性能參數(shù)，提高電路的應(yīng)用價值兩極的無源功率因數(shù)矯正技術(shù)(APFC），其本質(zhì)是由一個整流二極管電路和兩級DC/D中間有一個蓄能電容，這個電容是用來穩(wěn)定整流電路的輸出電壓以便供給直流變換電路的輸入部分，兩個變換器獨立運行、分別控制，通過控制變換其中的全控器件，以此來實現(xiàn)電能的升電流連續(xù)的情況下；第二級變換其中的主要對第一級變換器中的輸出電壓起到優(yōu)化作用?？偠潭壬蟻恚v一級無源功率因數(shù)校正電路它的電路結(jié)構(gòu)簡單，更勝一籌。但是兩級無源功率因功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可電路的性能、電壓和電流的正弦性，以及他們的同步性更加依據(jù)升壓變換器中電感元件的工作特點可以分為電感電流連續(xù)，電感電流斷續(xù)，以及態(tài)。這三種狀態(tài)也對應(yīng)著功率因數(shù)校正電路的三種不同的工作狀態(tài)分別是：CCM模式(電感電流連的反向恢復(fù)問題，但是輸入電流紋波比較大，所需器件的功率等級比較大，輸出電壓紋波也CCM模式下的電流控制是目前應(yīng)用最多的控制方法，主要有三種，即峰值電流控制、滯環(huán)電流制。除了這三種經(jīng)典的控制策略以外，近年來還提出了一些新型的控制策略，如單周期控PFC技術(shù)的每一種控制策略都各有其優(yōu)缺點，在不同的應(yīng)用場合將各種控制策略合理搭配、取長補短，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件作為一種良好的電能元件是，電力電子器件的非線性也為人們的生活和生產(chǎn)帶來了不少的危害。電力電子器件這樣會大量消耗電能，并且降低電能的利用率。交錯級聯(lián)元素引入功率因數(shù)校正電路，可能，降低器件應(yīng)力和性能參數(shù)選擇聯(lián)系實際運用的門檻。功率因數(shù)校正（PF結(jié)合。由于實際生活的需要，近年來功率因數(shù)校正技術(shù)有了迅速的發(fā)展與普通的功率因數(shù)矯正電路做了對比，分析了其優(yōu)點；然后對于電感電流連續(xù)的情況下的工作模進行了計算分析。在本文的第五章選用Matlab/simulink平臺搭建仿真的電路模型，并對于普通電7越小，則設(shè)備的無功功率越大，設(shè)備利用率越低，導線和變壓器繞組的損耗越大；越小，表示設(shè)備輸入電流為了評定波形質(zhì)量好壞，表征諧波電流含量的多少，引入電流諧波總畸變率一般來說在功率因數(shù)校正電路當中，所有的變換器比如升壓型電路、降壓型電路電路等許多變換器電路，都可以用作PFC電路中與整流電路相連接的變換器電路的主電路的運用里，升壓型變換器由于簡單的電路結(jié)構(gòu)以及較多的應(yīng)用場合被人們廣泛的拿來應(yīng)除了Boost型功率因數(shù)校正電路以外，另一種比較常用的是反激式電比較適合于功率較低的電源電路，因為雖然它的輸入和輸出可以很好地實現(xiàn)隔離，但是磁精度要求比較低，并且在功率較低的場合應(yīng)用時，我們可以首先考慮單算。但他的缺點也是必不可少的，單極PFC電路在電流諧波和輸出精度，這兩個參數(shù)之間是比在功率因數(shù)校正電路中，它的拓撲類型通常選取為Boost型升壓電路，所以在本章節(jié)，我們以B功率因數(shù)校正（PFC）電路有兩個方面的特點，第一個方面由于由于他們的相位差這個時候電路的輸入負載阻抗呈阻性，輸入電壓和電流可以實現(xiàn)良好的跟隨；第二是控制方8也是電源的調(diào)節(jié)器，用于穩(wěn)定輸出電壓，在傳統(tǒng)的控制方法里面使用較多的，就是了PWM信號，用于控制開關(guān)管的導通和關(guān)斷，反映開關(guān)管的工作情況。如圖2.2所示控制;電流連續(xù)，開關(guān)電流定額小，電流有效值小，EMI??；控制易于實現(xiàn)快速電流保護。缺點頻狀態(tài)空間平均值之間的誤差在一定條件下相當大，以至于無法滿足低諧波含量的要求;對噪聲(2)滯環(huán)電流控制(VariableH式，它的優(yōu)點是控制簡單、電流動態(tài)響應(yīng)快、內(nèi)在電流限流能力強。缺點是開關(guān)頻期中不固定，引起EMI問題和電流過零死區(qū);負載對開關(guān)頻率影響大，濾波器設(shè)計只能按最點是THD和EMI小，對噪聲不敏感；開關(guān)頻率固定；電感電流峰值和撲、任意支路的電流，適用于大中功率場合很多經(jīng)常用到的變換器都可以作為功率因數(shù)校正電路的拓撲結(jié)構(gòu)，有升壓型轉(zhuǎn)換器，濾波方面還存在問題，并且驅(qū)動電平不穩(wěn)定等；而單端反激式（flyback）轉(zhuǎn)換器的拓撲類是最優(yōu)選擇；對于升壓型（Boost）變換器拓撲類型來講，他的電流諧波較小，并且效率也不失為一種很好地功率因數(shù)校正的電路拓撲的選擇。圖2.3為升壓型9為了簡化分析，作如下假設(shè)：所有的電路元件都處于理想的工作狀態(tài)；電容的作用狀態(tài)2：如圖所示，電源供電，電流通過電感和二極管給負載電阻和電容供電，而電阻除了電本章節(jié)首先提出了功率因數(shù)的定義，并做了敘述；然后分析了PFC電路的拓撲類型，并對Boos進行說明；其次，以BoostPFC電路為例。闡述了其控制方法及其特點；最后以BoostPFC電路為隨著科學技術(shù)的不斷進步，人們對于供電設(shè)備，有了更高的要的儲能空間。功率比較大的供電系統(tǒng)雖然可以滿足人們的需求但是它也存在著許多的問題。電流通常會比較大，因此在工作的過程中也會使得紋波較大，產(chǎn)生很多熱損耗。此外大功率量比較大的儲能元件，儲能元件使得電路的體積變大，制造成本也變高。通過在大功率電源并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以使得大電流變小這樣可以獲得更加優(yōu)良的電路。交錯并聯(lián)電路有很多優(yōu)點：每部分的功率，這樣一來可以有效地減少每一級變換器能量的損耗；電路中的元件由于交錯并減小，采用額定值較小的元件，可以提高元件的使用壽命，也可以降低軟件的成本；對于電隨著電能以及電源裝置的不斷發(fā)展進步，多級變換電路并聯(lián)運并聯(lián)運行的變換器電路，他們之間有著不同方式。依據(jù)開關(guān)電路的控制可以分為同步運行開關(guān)電路之間同時導通同時斷開他們的開關(guān)信號相同；而交錯運行這種運行方式他們的開關(guān)在同步運行的方式下，雖然他們同時導通也同時關(guān)斷，這樣可以在導通的時候減小元件應(yīng)式最大的缺點在于，它們的紋波也是每一級運行時紋波的疊加，這樣最終會導致紋波較大通過對比我們可以得到交錯并聯(lián)運行可以減少元件的應(yīng)力，更突出的是它可以減少開關(guān)），多個功率因數(shù)矯正電路同時并聯(lián)運行，這樣的電路被稱為交錯并聯(lián)功傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路它的效率高，電路結(jié)構(gòu)簡單，不斷提高，傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路已經(jīng)遠遠不能滿足于人們的要求，功率的提高使得器本也增大，為電路的運行帶來了許多的麻煩。針對以上所出現(xiàn)的一系列問題，我們在傳統(tǒng)最開始的時候，在功率因數(shù)校正電路中引入交錯級聯(lián)的因素，采用很多個（四個）的電路增多，器件的數(shù)量也隨之增長，器件的損耗也隨之增加，功率因數(shù)的校正效果也并不圖3.3清晰的給展現(xiàn)了我們上一段中所提到的兩個相同的升壓PFC單元以并聯(lián)的方式組成此電路，進一步分析電路內(nèi)部情況，內(nèi)部中兩個開關(guān)管用表示，它們的驅(qū)動所需要的信號差別很大，為180度，這兩個單元互相交錯時間的導通和關(guān)斷。（BCM）下有輸入電流流入，且規(guī)定其占空比值為0.5，則因為開關(guān)管為交錯導通狀態(tài)，那么每個P會產(chǎn)生感應(yīng)電流，不同單元中的感應(yīng)電流變化趨勢必定相反，于是兩個支路電流進行疊加后，值必然降低，如果采用傳統(tǒng)的升壓PFC電路實現(xiàn)這一結(jié)果，就會采用提體積更大的EMI濾波器，容量也會增大很多，而且PFC單元的開關(guān)器件數(shù)量和電流所需要的應(yīng)力也是兩倍，總之，交錯控制盡管設(shè)計理念和思路更加具有難度，但是它使電磁干擾設(shè)計變得簡單一些，總體成本極大的降根據(jù)資料中的內(nèi)容設(shè)計了變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)我們設(shè)計的PFC電路的作來說，交錯并聯(lián)PFC它具有各種各樣的拓撲結(jié)構(gòu)，我們應(yīng)該根據(jù)場合，和功能上的實際需求如圖3.4為交錯級聯(lián)的升壓型功率因數(shù)校正電路。每一條支路都是由開關(guān)管MOSFET所組成，他們之間是并聯(lián)的關(guān)系。為了對電路進行研究分析，我們對電路的組成做了一般情兩個MOSFET開關(guān)管分別有開通、關(guān)斷兩種工作狀態(tài)。因此，在電感電流連續(xù)（CCM）模式下L2電感為電源供電，而L1除了還要給負載提供能量，因此，流過電感L2的電流較大，而流過電桿L狀態(tài)d：兩開關(guān)管都處于關(guān)斷的狀態(tài)，參照狀態(tài)b的分析，這個時候流過兩個電感的電流如圖3.5所示的電源，輸入電壓Ug是整流過后的電壓，Ug按照直流正弦半波的規(guī)0.5時，開關(guān)管同時關(guān)斷或者同時導通的狀態(tài)是不會出現(xiàn)的。所以對于每一支升壓型功率因電感電流連續(xù)的情況下，升壓型功率因數(shù)?？刂频淖饔孟陆惶鎸ǎ藭r電感電流的相位由于控制的作用相隔180度。下面對于占空比大于或當占空比大于0.5的時候，如圖3.6（a）所示，總的電流為），上式相加便為兩條支路電感的電流變化總量，即輸入總的電流的變在這里我們假設(shè)，iL1變大而iL2不斷地減小，在這單相Boost升壓型功率因數(shù)校正電路與交錯級聯(lián)Boost升壓型功率因數(shù)校正電路相比，在傳統(tǒng)的Boost升壓型功率因數(shù)校正（PFC）電路中，由于只有一相，所以電路中流過的電電流。在同樣的條件下，交錯級聯(lián)Boost電流被平均分配到每一條電感支路里面，與單相相比，交錯并聯(lián)電在交錯并聯(lián)Boost型功率因數(shù)校正（PFC）電路中，兩條支路的每一路電感電流為I/2，則每通過式（3-13）和式（3-14）能量計算對比可以知道，兩相交錯并聯(lián)運行時，電感的儲功率因數(shù)校正電路的電容電流有效值同總電流紋波一樣，通過引入交錯級聯(lián)使得它而在兩相交錯級聯(lián)Boost型功率因數(shù)校正電路中，關(guān)系交錯并聯(lián)升壓型功率因數(shù)校正電路與單相的相比，在一樣等級（功率）的情況輸出電容電流有效值減少了二分之一左右。這樣更加有利于提高電能的利用率，阻礙無用的熱本章節(jié)主要對于所設(shè)計的交錯并聯(lián)升壓行功率因數(shù)矯正電路進行了理論的分析研究。首先況下四種電路工作狀態(tài)進行分析，列出了他們的狀態(tài)方程；其次做了兩極交錯并聯(lián)升壓型功率因數(shù)矯正電路的電流紋波在占空比大于0.5和小于0.5的時候的大小比較，得出了占空比小）；：；：；圖4.1是主電路圖，我們在之后給出一系列根據(jù)一些資料和文獻可得出變換器也很受開關(guān)頻率數(shù)值大小的影響，所有開關(guān)頻率數(shù)值也對其他電路參數(shù)也有影響。保證開關(guān)頻率得高，這一措施可以降低電源體積和失真度，過高在電感中流過連續(xù)的電流模式（CCM）時，討論如何設(shè)計電感，要設(shè)計電路中的電感，那么而脈動電流一般取輸入電流峰值的20%交錯并聯(lián)PFC這個系統(tǒng)中我們通過測量和計算得出輸入電流恰好為各相電感中流紋波也會隨之減小，其減小程度隨這開關(guān)的占空比和電路中的并聯(lián)相數(shù)，這二者的影為其中一相PFC單元中的電感電流紋波。則,由此得流經(jīng)開關(guān)管的最大峰值電流等于電感最大峰值電流，數(shù)值根據(jù)計算可得為7.9A。當我電壓是由其兩端電阻所控制，而電阻阻值很小，電壓就可以當作是零；關(guān)斷開關(guān)在升壓型變換器中，對于二極管的續(xù)流得認準它的正向I、反向U和反向恢復(fù)時間最大值Tmax要求它高于流過電感最大值，這里是7.9A，續(xù)流二極管的導通和開關(guān)管的通斷有著密切聯(lián)出電壓反接于二極管，測量出其電壓為500V，關(guān)斷時則二極管會導通用來續(xù)流，此時為導我們首先需要考慮幾個因素對于電容的選擇：確定輸出電壓紋波；維持的時間大小；當我們關(guān)斷輸入電壓時，由于電容的作用，電壓還可以維持一段時間，由于紋波是由電容間還與諸多因素有關(guān)，如電容中存儲的能量，負載上的功率大小，輸出率為，則輸出電流可以表示我們根據(jù)實際計算確認了輸出電容的所需的具體數(shù)值，但是在選擇合適的耐本文采用平均電流法控制交錯并聯(lián)PFC變換器，兩路PFC共用一個電壓外環(huán)，外環(huán)輸出控制，以實現(xiàn)不同的相位。前端通過二極管進行整流，輸出側(cè)接電容進行穩(wěn)壓。該控制方法開關(guān)頻通過參考一些相關(guān)內(nèi)容的資料，可以了解到控制系統(tǒng)工作原理：首先是記錄主電路的輸壓誤差放大器的輸入端口收集到這個數(shù)值并且和內(nèi)部基準電壓數(shù)值同時接入，這樣我們就可放大器的輸入端我們用該數(shù)值和采樣輸入合電流的數(shù)值來接入。根據(jù)比較電流誤差放大器的以得出PWM信號，同理我們根據(jù)交錯控制電路來得到兩路交錯的開關(guān)驅(qū)動信號。我們可以控關(guān)。使輸入合電流與基準電流同相，那么交流輸入電壓與輸入電流也同相，這樣功率因研究了PFC控制電路，這個電路中我們必須得確保它的電壓是穩(wěn)定輸出的。然后得保證電們都得采用雙閉環(huán)這一控制方法，圖4.3為它們的原理圖。為了達到跟蹤誤差變化的目的，我壓環(huán)，即為PI控制電流與電壓類似方法處理，只不過需要輸入電流跟蹤輸入電壓，最后根據(jù)位相差180°,此時實際的兩路PWM輸出也會相差180°,分別驅(qū)動開關(guān)管。這種控制方法下，產(chǎn)生的兩路電感電流大這一章中我們主要是設(shè)計了交錯并聯(lián)BoostPFC電路，然后根據(jù)設(shè)計指標的情況計算，合適的參數(shù)，那么在設(shè)計控制電路這個板塊中我們主要講解了采用平均電流控制的策略，本文一到四章中講述了交錯并聯(lián)BoostPFC變換器的電路特點及基在Matlab/simulink仿真平臺建立起交錯級聯(lián)升壓型功率因數(shù)校正電路模型，如圖5.1所示可以看出，輸入電壓、電流同相位，功率因數(shù)校正效果良好；圖5