PWM整流和有源功率因数校正解析课件

复习：计算法产生SPWM控制信号根据正弦调制波频率fr（周期Tr）、载波频率fc（周期Tc），计算出SPWM波各脉冲周期和占空比，通过控制逆变电路开关器件的通断，得到所需所需正弦波波形。复习：计算法产生SPWM控制信号根据正弦调制波频率fr（周期1计算法（1）-规则采样法面积等效原理(m=1)：SPWM信号占空比：

计算法（1）-规则采样法面积等效原理(m=1)：2计算法（1）-规则采用法Tc的计算：载波比：fr基波频率，fc载波频率，K为整数(同步调制)。若选K=36，fr=50Hz：则fc=K*fr=36*50Hz，Tc=1/Kfr=20ms/36计算法（1）-规则采用法Tc的计算：3双极性SPWM驱动电路和H桥主电路双极性SPWM驱动电路和H桥主电路4双极性SPWMH桥主电路双极性SPWMH桥主电路5PWM整流电路及其控制方法——

有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection）PWM整流电路及其控制方法——6AC-DC电路中使用的桥式全波整流电路及波形图输入电压为正弦波。只有当输入电压大于电容的电压时,才有电流给电容充电，电流为周期性的非正弦波。P.F.=Cosφ无效AC-DC电路中使用的桥式全波整流电路及波形图输入电压为7一、功率因数校正的意义理论上，输入电压和电流都是理想的正弦波的情况下：P.F.=P/S=Watts/V.A.=有功功率/视在功率=Cosφφ：输入电压和输入电流的相位差。

一、功率因数校正的意义理论上，输入电压和电流都是理想的正弦波8电流为周期性的非正弦波（电压理想正弦波）功率因数计算方法

周期性的非正弦波电流经过傅里叶变换为:有功功率P=VRMS*I1RMSP=VRMS*I1RMS*Cosφ1(φ1-输入电压和输入电流基波分量I1RMS的相位差)。S=VRMS*IRMStotal于是使功率因数PowerFactor可以表达为：P.F.=P/S=(I1RMS/IRMStotal)*Cosφ1电流为周期性的非正弦波（电压理想正弦波）功率因数计算方法

周9电流失真系数K对功率因数的影响电流失真系数K:K=I1RMS/IRMStotal

=Cosθθ为失真角；K为与电流谐波分量有关的系数。最后,可以表达为:P.F.=Cosφ1*Cosθ如果总的谐波分量为零,K就为1。电流失真系数K对功率因数的影响电流失真系数K:10功率因数(PF)由电流失真系数(K=Cosθ)和基波电压、基波电流相移因数(Cosφ1)决定。Cosφ1小，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。K值小，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染。常规整流装置使用非线性器件（如可控硅、二极管），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量谐波电流成份，而谐波电流成份不做功，只有基波电流成份做功。所以相移因数和电流失真系数（K）相比，输入电流失真系数（K）对供电线路功率因数(PF)的影响更大。

功率因数(PF)由电流失真系数(K=Cosθ)11输入电流谐波分量大，将对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术标准，以限制谐波电流含量。如：IEC555-2，IEC61000-3-2，EN60555-2等标准，它们规定了允许产生的最大谐波电流。我国于1994年也颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93）。输入电流谐波分量大，将对电网造成污染，严重时，对三相四线制供12二、PF与总谐波失真系数（THD）的关系二、PF与总谐波失真系数（THD）的关系13三.功率因数校正方法由功率因数P.F.=Cosφ*K=1最佳可知，要提高功率因数，有两个途径：1.使输入电压、输入电流同相位。此时Cosφ=1,所以PF=K。2.使输入电流正弦化。即IRMS=I1RMS（谐波为零），有I1RMS/IRMS=1,即：P.F.=Cosφ*K=1三.功率因数校正方法由功率因数P.F.=Cosφ*K=14使P.F.=1是电力电子技术研究方向之一利用电力电子电路使P.F.=Cosφ*K=1，从而实现功率因数校正，称为APFC（有源功率因数校正）技术。利用有源功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻，所以有的地方又把有源功率因数校正电路叫做电阻仿真器。使P.F.=1是电力电子技术研究方向之一利用电力电子电路使15四、PWM整流电路的工作原理

单相全桥电路四、PWM整流电路的工作原理单相全桥电路16PWM整流电路的运行方式向量图

PWM整流电路的运行方式向量图17PWM整流器的控制系统结构框图

PWM整流器的控制系统结构框图18五、开关电源中有源功率因数校正方法分类

1、按有源功率因数校正电路结构分类（1）降压式：因噪声大，滤波困难，功率开关管上电压应力大，控制驱动电平浮动，很少被采用。（2）升/降压式：需用二个功率开关管，有一个功率开关管的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。（3）反激式：输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采用简单电压型控制，适用于150W以下功率的应用场合。（4）升压式（boost）：简单电流型控制，PF值高，总谐波失真（THD）小，效率高，但是输出电压高于输入电压。适用于75W~2000W功率范围的应用场合，应用最为广泛。五、开关电源中有源功率因数校正方法分类1、按有源功率因数校19升压式和反激式主电路升压式和反激式主电路20升压式（boost）APFC电路优点：

1）电路中的电感L适用于电流型控制。2）由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器C上保持高电压，所以电容器C体积小、储能大。3）在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数。4）输入电流连续，并且在APFC开关瞬间输入电流小，易于EMI滤波。5）升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性。升压式（boost）APFC电路优点：1）电路中的电感L21六、有源功率因数校正方法分类

2、按输入电流的控制原理分类（1）平均电流型。（2）滞后电流型。（3）峰值电流型。（4）电压控制型。

六、有源功率因数校正方法分类

2、按输入电流的控制原理分类22七、APFC的工作原理1、平均电流型、升压式APFC的工作原理：输入电压和校正后电流为同相位单相脉动波。七、APFC的工作原理1、平均电流型、升压式APFC的工作原23平均电流型、升压式APFC的工作原理电路

关键公式：

平均电流型、升压式APFC的工作原理电路

关键公式：24PWM和电流波形图PWM和电流波形图252、平均电流型、升压式APFC的工作框图。

2、平均电流型、升压式APFC的工作框图。263、平均电流型、升压式APFC的电路原理图

3、平均电流型、升压式APFC的电路原理图273、平均电流型、升压式APFC的电路工作示意图

3、平均电流型、升压式APFC的电路工作示意图284、控制模块内部功能框图说明1—电压调节器；2—乘法器；3—电流调节器；4—载波发生器；5—SPWM信号比较器；6—驱动器；7—输出电压快速调节器。4、控制模块内部功能框图说明1—电压调节器；295、主电路波形图5、主电路波形图30主电路波形图(1)主电路波形图(1)31主电路波形图(2)主电路波形图(2)32八、PFC的实际设计及应用UC3854是一种工作于平均电流的的升压型APFC电路控制芯片，它的峰值开关电流近似等于输入电流，是目前使用最广泛的APFC电路控制芯片。

1、UC3854的特性(1)升压脉冲宽度调制,功率因数可达0.99(2)市电电流谐波可达<5%(3)宽市电电压,不需选择开关(4)前馈市电调节八、PFC的实际设计及应用UC3854是一种工作于平均电流33(5)平均电流控制(6)低噪音敏感性(7)低启动工作电流(8)固定的PWM驱动频率(9)低偏置电压的模拟乘/除法器(10)1A图腾柱门极驱动(12)精确的电压参考(5)平均电流控制342、UC3854的功能描述它可以进行电源的功率因数校正,防止电源从正弦电压市电吸取非正弦的电流,减小电流谐波。UC3854利用平均电流控制方法。它的高电压参考和大的震荡幅值可以减小对噪音的敏感度,工作频率可达200KHz.可用在单相和三相电源,市电电压从75V到275V,频率从50Hz到400Hz的范围.为了减小工作所需能量,UC3854有低启动电流的特点。

2、UC3854的功能描述它可以进行电源的功率因数校正,353、UC3854的功能框图3、UC3854的功能框图364、UC3854的应用电路4、UC3854的应用电路37复习：计算法产生SPWM控制信号根据正弦调制波频率fr（周期Tr）、载波频率fc（周期Tc），计算出SPWM波各脉冲周期和占空比，通过控制逆变电路开关器件的通断，得到所需所需正弦波波形。复习：计算法产生SPWM控制信号根据正弦调制波频率fr（周期38计算法（1）-规则采样法面积等效原理(m=1)：SPWM信号占空比：

计算法（1）-规则采样法面积等效原理(m=1)：39计算法（1）-规则采用法Tc的计算：载波比：fr基波频率，fc载波频率，K为整数(同步调制)。若选K=36，fr=50Hz：则fc=K*fr=36*50Hz，Tc=1/Kfr=20ms/36计算法（1）-规则采用法Tc的计算：40双极性SPWM驱动电路和H桥主电路双极性SPWM驱动电路和H桥主电路41双极性SPWMH桥主电路双极性SPWMH桥主电路42PWM整流电路及其控制方法——

有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection）PWM整流电路及其控制方法——43AC-DC电路中使用的桥式全波整流电路及波形图输入电压为正弦波。只有当输入电压大于电容的电压时,才有电流给电容充电，电流为周期性的非正弦波。P.F.=Cosφ无效AC-DC电路中使用的桥式全波整流电路及波形图输入电压为44一、功率因数校正的意义理论上，输入电压和电流都是理想的正弦波的情况下：P.F.=P/S=Watts/V.A.=有功功率/视在功率=Cosφφ：输入电压和输入电流的相位差。

一、功率因数校正的意义理论上，输入电压和电流都是理想的正弦波45电流为周期性的非正弦波（电压理想正弦波）功率因数计算方法

周期性的非正弦波电流经过傅里叶变换为:有功功率P=VRMS*I1RMSP=VRMS*I1RMS*Cosφ1(φ1-输入电压和输入电流基波分量I1RMS的相位差)。S=VRMS*IRMStotal于是使功率因数PowerFactor可以表达为：P.F.=P/S=(I1RMS/IRMStotal)*Cosφ1电流为周期性的非正弦波（电压理想正弦波）功率因数计算方法

周46电流失真系数K对功率因数的影响电流失真系数K:K=I1RMS/IRMStotal

=Cosθθ为失真角；K为与电流谐波分量有关的系数。最后,可以表达为:P.F.=Cosφ1*Cosθ如果总的谐波分量为零,K就为1。电流失真系数K对功率因数的影响电流失真系数K:47功率因数(PF)由电流失真系数(K=Cosθ)和基波电压、基波电流相移因数(Cosφ1)决定。Cosφ1小，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。K值小，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染。常规整流装置使用非线性器件（如可控硅、二极管），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量谐波电流成份，而谐波电流成份不做功，只有基波电流成份做功。所以相移因数和电流失真系数（K）相比，输入电流失真系数（K）对供电线路功率因数(PF)的影响更大。

功率因数(PF)由电流失真系数(K=Cosθ)48输入电流谐波分量大，将对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术标准，以限制谐波电流含量。如：IEC555-2，IEC61000-3-2，EN60555-2等标准，它们规定了允许产生的最大谐波电流。我国于1994年也颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93）。输入电流谐波分量大，将对电网造成污染，严重时，对三相四线制供49二、PF与总谐波失真系数（THD）的关系二、PF与总谐波失真系数（THD）的关系50三.功率因数校正方法由功率因数P.F.=Cosφ*K=1最佳可知，要提高功率因数，有两个途径：1.使输入电压、输入电流同相位。此时Cosφ=1,所以PF=K。2.使输入电流正弦化。即IRMS=I1RMS（谐波为零），有I1RMS/IRMS=1,即：P.F.=Cosφ*K=1三.功率因数校正方法由功率因数P.F.=Cosφ*K=51使P.F.=1是电力电子技术研究方向之一利用电力电子电路使P.F.=Cosφ*K=1，从而实现功率因数校正，称为APFC（有源功率因数校正）技术。利用有源功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻，所以有的地方又把有源功率因数校正电路叫做电阻仿真器。使P.F.=1是电力电子技术研究方向之一利用电力电子电路使52四、PWM整流电路的工作原理

单相全桥电路四、PWM整流电路的工作原理单相全桥电路53PWM整流电路的运行方式向量图

PWM整流电路的运行方式向量图54PWM整流器的控制系统结构框图

PWM整流器的控制系统结构框图55五、开关电源中有源功率因数校正方法分类

1、按有源功率因数校正电路结构分类（1）降压式：因噪声大，滤波困难，功率开关管上电压应力大，控制驱动电平浮动，很少被采用。（2）升/降压式：需用二个功率开关管，有一个功率开关管的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。（3）反激式：输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采用简单电压型控制，适用于150W以下功率的应用场合。（4）升压式（boost）：简单电流型控制，PF值高，总谐波失真（THD）小，效率高，但是输出电压高于输入电压。适用于75W~2000W功率范围的应用场合，应用最为广泛。五、开关电源中有源功率因数校正方法分类1、按有源功率因数校56升压式和反激式主电路升压式和反激式主电路57升压式（boost）APFC电路优点：

1）电路中的电感L适用于电流型控制。2）由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器C上保持高电压，所以电容器C体积小、储能大。3）在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数。4）输入电流连续，并且在APFC开关瞬间输入电流小，易于EMI滤波。5）升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性。升压式（boost）APFC电路优点：1）电路中的电感L58六、有源功率因数校正方法分类

2、按输入电流的控制原理分类（1）平均电流型。（2）滞后电流型。（3）峰值电流型。（4）电压控制型。

六、有源功率因数校正方法分类

2、按输入电流的控制原理分类59七、APFC的工作原理1、平均电流型、升压式APFC的工作原理：输入电压和校正后电流为同相位单相脉动波。七、APFC的工作原理1、平均电流型、升压式APFC的工作原60平均电流型、升压式APFC的工作原理电路

关键公式：

平均电流型、升压式APFC的工作原理电路

关键公式：61PWM和电流波形图PWM和电流波形图622、平均电流型、升压式APFC的工作框图。

2、平均电流型、升压式APFC的工作框图。633、平均电流型、升压式APFC的电路原理图

3、平均电流型、升压式APFC的电路原理图643、平均电流型、升压式APFC的