交错并联Boost型PFC电路的设计

2随着科技的发展，电力电子技术也在不断走向进步，电力电子多，电能质量的问题便显得尤为重要。功率因数校正（PFC）技术可以缓解电力电子器件运害。在传统的电路里面引入交错并联的元素对于单路有极大的优势，比如，可以缓解单个化供电设备的工作性能；有利于提高供电设备功率等级。在升压变换器中增加交错并联的后对CCM模式下交错并联BoostPFC电路的工作状态进行理论分析一个电压外环，以外环的输出作为内环的给定，内环独立控制，以实现不同的相位。用Matlab/电路的仿真模型，通过对比交错并联BoostPFC电路与不加PFC电路的输入电压电流波;4科学技术的发展，使得电力系统、家电等电力设备不断增多，开关电源以其体积小，重度高等特点，为通信设备、电脑及各类家庭电器等产品的直接供电，其在电源装置中占据着主电力电子器件的大量使用，使得电网的功耗越来越小。电网中的谐波污染问题日益受到人们的际学术机构以及世界上许多国家对于电力系统中的谐波污染出了一系列应对措施，保证环境安术的应用极大地有助于各项措施的有效落实。功率因数校正可以很好的用电，并能很好地降低传统的整流电源采用大容量滤波器和整流器与电力系统相结合，由于采用了具有非线性特性容器从而引发电流谐波。电流谐波的产生会对用电环境造成不良影响，比如，对于开关式电波污染环境以外，还会使得设备的资源重复利用率严重下降。另外，电力电子器件的峰值脉变，对电力系统产生了严重的危害。这些电流谐波所造成的的一系列的影响就是“谐波污染流是三相流过电流之和，谐波会引起故障的发生。对于一些通信装置，他们的保护装置可能高效利用功率因数校正技术（PFC）实现最大程度谐波污染的降低已经是目前校正技术引入电力电子装置之中，可以净化用电环境，防止电供电设备前面部分采用二极管和大容量电容器来进行整理并且滤除低频纹波，实现AC/DC的设备和电力系统用一个导通角很小的二极管相连，5压大于滤波器的电压时才可能获得电能，换句话来说，整流电路的负载在工频周期很短的使用二极管整流桥时，由于二极管的导通角很小，整流电路只有在滤波电容上的电压小于能量。非受控整流呈现脉冲形状。这种脉冲非正弦电流中含有大量高次谐波，严重扭曲了国际组织提出了如IEC555-2、IEC61000-3法：被动法主要是用不同的电路来提升电路的性能;而主动法则是通过主动设计一些参数性高的功率因数。电路的前面部分是一个二极管的整流桥，在后面加入电容器来进行滤波，电器这就构成了有源功率因数校正(APFC)电路，它是比较常用的减少数校正（PFC）技术可以提高资源利用率、减少开关损耗，从而提高电源取PFC措施，有利于提高电力电子装置自身的可靠性。随着技无源功率因数校正技术（PPFC）的核心思想是补偿无功功率，而有源功率因数矫正技术则无源功率因数校正技术中，用于补偿无功功率的器件通常是储能元件，比如电容或者起构成无源网络，主要起滤波作用；如图1.1所示就是一个典型的无源功率因数校正电路。随着科学技术的不断进步，PPFC技术也在不断地发展进步，近年来，很6而无源功率因数校正技术则是直接在由二极管组成的整流电路之后加入DC/DC变换器，型器件来完成功率因数矫正，提高电路性能；获得良好的性能参数，提高电路的应用价值两极的无源功率因数矫正技术(APFC），其本质是由一个整流二极管电路和两级DC/D中间有一个蓄能电容，这个电容是用来稳定整流电路的输出电压以便供给直流变换电路的输入部分，两个变换器独立运行、分别控制，通过控制变换其中的全控器件，以此来实现电能的升电流连续的情况下；第二级变换其中的主要对第一级变换器中的输出电压起到优化作用。总而程度上来，讲一级无源功率因数校正电路它的电路结构简单，更胜一筹。但是两级无源功率因功率因数校正电路结构复杂，可电路的性能、电压和电流的正弦性，以及他们的同步性更加依据升压变换器中电感元件的工作特点可以分为电感电流连续，电感电流断续，以及态。这三种状态也对应着功率因数校正电路的三种不同的工作状态分别是：CCM模式(电感电流连的反向恢复问题，但是输入电流纹波比较大，所需器件的功率等级比较大，输出电压纹波也CCM模式下的电流控制是目前应用最多的控制方法，主要有三种，即峰值电流控制、滞环电流制。除了这三种经典的控制策略以外，近年来还提出了一些新型的控制策略，如单周期控PFC技术的每一种控制策略都各有其优缺点，在不同的应用场合将各种控制策略合理搭配、取长补短，随着科学技术的发展，电力电子器件作为一种良好的电能元件是，电力电子器件的非线性也为人们的生活和生产带来了不少的危害。电力电子器件这样会大量消耗电能，并且降低电能的利用率。交错级联元素引入功率因数校正电路，可能，降低器件应力和性能参数选择联系实际运用的门槛。功率因数校正（PF结合。由于实际生活的需要，近年来功率因数校正技术有了迅速的发展与普通的功率因数矫正电路做了对比，分析了其优点；然后对于电感电流连续的情况下的工作模进行了计算分析。在本文的第五章选用Matlab/simulink平台搭建仿真的电路模型，并对于普通电7越小，则设备的无功功率越大，设备利用率越低，导线和变压器绕组的损耗越大；越小，表示设备输入电流为了评定波形质量好坏，表征谐波电流含量的多少，引入电流谐波总畸变率一般来说在功率因数校正电路当中，所有的变换器比如升压型电路、降压型电路电路等许多变换器电路，都可以用作PFC电路中与整流电路相连接的变换器电路的主电路的运用里，升压型变换器由于简单的电路结构以及较多的应用场合被人们广泛的拿来应除了Boost型功率因数校正电路以外，另一种比较常用的是反激式电比较适合于功率较低的电源电路，因为虽然它的输入和输出可以很好地实现隔离，但是磁精度要求比较低，并且在功率较低的场合应用时，我们可以首先考虑单算。但他的缺点也是必不可少的，单极PFC电路在电流谐波和输出精度，这两个参数之间是比在功率因数校正电路中，它的拓扑类型通常选取为Boost型升压电路，所以在本章节，我们以B功率因数校正（PFC）电路有两个方面的特点，第一个方面由于由于他们的相位差这个时候电路的输入负载阻抗呈阻性，输入电压和电流可以实现良好的跟随；第二是控制方8也是电源的调节器，用于稳定输出电压，在传统的控制方法里面使用较多的，就是了PWM信号，用于控制开关管的导通和关断，反映开关管的工作情况。如图2.2所示控制;电流连续，开关电流定额小，电流有效值小，EMI小；控制易于实现快速电流保护。缺点频状态空间平均值之间的误差在一定条件下相当大，以至于无法满足低谐波含量的要求;对噪声(2)滞环电流控制(VariableH式，它的优点是控制简单、电流动态响应快、内在电流限流能力强。缺点是开关频期中不固定，引起EMI问题和电流过零死区;负载对开关频率影响大，滤波器设计只能按最点是THD和EMI小，对噪声不敏感；开关频率固定；电感电流峰值和扑、任意支路的电流，适用于大中功率场合很多经常用到的变换器都可以作为功率因数校正电路的拓扑结构，有升压型转换器，滤波方面还存在问题，并且驱动电平不稳定等；而单端反激式（flyback）转换器的拓扑类是最优选择；对于升压型（Boost）变换器拓扑类型来讲，他的电流谐波较小，并且效率也不失为一种很好地功率因数校正的电路拓扑的选择。图2.3为升压型9为了简化分析，作如下假设：所有的电路元件都处于理想的工作状态；电容的作用状态2：如图所示，电源供电，电流通过电感和二极管给负载电阻和电容供电，而电阻除了电本章节首先提出了功率因数的定义，并做了叙述；然后分析了PFC电路的拓扑类型，并对Boos进行说明；其次，以BoostPFC电路为例。阐述了其控制方法及其特点；最后以BoostPFC电路为随着科学技术的不断进步，人们对于供电设备，有了更高的要的储能空间。功率比较大的供电系统虽然可以满足人们的需求但是它也存在着许多的问题。电流通常会比较大，因此在工作的过程中也会使得纹波较大，产生很多热损耗。此外大功率量比较大的储能元件，储能元件使得电路的体积变大，制造成本也变高。通过在大功率电源并联结构可以使得大电流变小这样可以获得更加优良的电路。交错并联电路有很多优点：每部分的功率，这样一来可以有效地减少每一级变换器能量的损耗；电路中的元件由于交错并减小，采用额定值较小的元件，可以提高元件的使用寿命，也可以降低软件的成本；对于电随着电能以及电源装置的不断发展进步，多级变换电路并联运并联运行的变换器电路，他们之间有着不同方式。依据开关电路的控制可以分为同步运行开关电路之间同时导通同时断开他们的开关信号相同；而交错运行这种运行方式他们的开关在同步运行的方式下，虽然他们同时导通也同时关断，这样可以在导通的时候减小元件应式最大的缺点在于，它们的纹波也是每一级运行时纹波的叠加，这样最终会导致纹波较大通过对比我们可以得到交错并联运行可以减少元件的应力，更突出的是它可以减少开关），多个功率因数矫正电路同时并联运行，这样的电路被称为交错并联功传统的功率因数校正电路它的效率高，电路结构简单，不断提高，传统的功率因数校正电路已经远远不能满足于人们的要求，功率的提高使得器本也增大，为电路的运行带来了许多的麻烦。针对以上所出现的一系列问题，我们在传统最开始的时候，在功率因数校正电路中引入交错级联的因素，采用很多个（四个）的电路增多，器件的数量也随之增长，器件的损耗也随之增加，功率因数的校正效果也并不图3.3清晰的给展现了我们上一段中所提到的两个相同的升压PFC单元以并联的方式组成此电路，进一步分析电路内部情况，内部中两个开关管用表示，它们的驱动所需要的信号差别很大，为180度，这两个单元互相交错时间的导通和关断。（BCM）下有输入电流流入，且规定其占空比值为0.5，则因为开关管为交错导通状态，那么每个P会产生感应电流，不同单元中的感应电流变化趋势必定相反，于是两个支路电流进行叠加后，值必然降低，如果采用传统的升压PFC电路实现这一结果，就会采用提体积更大的EMI滤波器，容量也会增大很多，而且PFC单元的开关器件数量和电流所需要的应力也是两倍，总之，交错控制尽管设计理念和思路更加具有难度，但是它使电磁干扰设计变得简单一些，总体成本极大的降根据资料中的内容设计了变换器的拓扑结构，这个结构可以实现我们设计的PFC电路的作来说，交错并联PFC它具有各种各样的拓扑结构，我们应该根据场合，和功能上的实际需求如图3.4为交错级联的升压型功率因数校正电路。每一条支路都是由开关管MOSFET所组成，他们之间是并联的关系。为了对电路进行研究分析，我们对电路的组成做了一般情两个MOSFET开关管分别有开通、关断两种工作状态。因此，在电感电流连续（CCM）模式下L2电感为电源供电，而L1除了还要给负载提供能量，因此，流过电感L2的电流较大，而流过电杆L状态d：两开关管都处于关断的状态，参照状态b的分析，这个时候流过两个电感的电流如图3.5所示的电源，输入电压Ug是整流过后的电压，Ug按照直流正弦半波的规0.5时，开关管同时关断或者同时导通的状态是不会出现的。所以对于每一支升压型功率因电感电流连续的情况下，升压型功率因数校控制的作用下交替导通，此时电感电流的相位由于控制的作用相隔180度。下面对于占空比大于或当占空比大于0.5的时候，如图3.6（a）所示，总的电流为），上式相加便为两条支路电感的电流变化总量，即输入总的电流的变在这里我们假设，iL1变大而iL2不断地减小，在这单相Boost升压型功率因数校正电路与交错级联Boost升压型功率因数校正电路相比，在传统的Boost升压型功率因数校正（PFC）电路中，由于只有一相，所以电路中流过的电电流。在同样的条件下，交错级联Boost电流被平均分配到每一条电感支路里面，与单相相比，交错并联电在交错并联Boost型功率因数校正（PFC）电路中，两条支路的每一路电感电流为I/2，则每通过式（3-13）和式（3-14）能量计算对比可以知道，两相交错并联运行时，电感的储功率因数校正电路的电容电流有效值同总电流纹波一样，通过引入交错级联使得它而在两相交错级联Boost型功率因数校正电路中，关系交错并联升压型功率因数校正电路与单相的相比，在一样等级（功率）的情况输出电容电流有效值减少了二分之一左右。这样更加有利于提高电能的利用率，阻碍无用的热本章节主要对于所设计的交错并联升压行功率因数矫正电路进行了理论的分析研究。首先况下四种电路工作状态进行分析，列出了他们的状态方程；其次做了两极交错并联升压型功率因数矫正电路的电流纹波在占空比大于0.5和小于0.5的时候的大小比较，得出了占空比小）；：；：；图4.1是主电路图，我们在之后给出一系列根据一些资料和文献可得出变换器也很受开关频率数值大小的影响，所有开关频率数值也对其他电路参数也有影响。保证开关频率得高，这一措施可以降低电源体积和失真度，过高在电感中流过连续的电流模式（CCM）时，讨论如何设计电感，要设计电路中的电感，那么而脉动电流一般取输入电流峰值的20%交错并联PFC这个系统中我们通过测量和计算得出输入电流恰好为各相电感中流纹波也会随之减小，其减小程度随这开关的占空比和电路中的并联相数，这二者的影为其中一相PFC单元中的电感电流纹波。则,由此得流经开关管的最大峰值电流等于电感最大峰值电流，数值根据计算可得为7.9A。当我电压是由其两端电阻所控制，而电阻阻值很小，电压就可以当作是零；关断开关在升压型变换器中，对于二极管的续流得认准它的正向I、反向U和反向恢复时间最大值Tmax要求它高于流过电感最大值，这里是7.9A，续流二极管的导通和开关管的通断有着密切联出电压反接于二极管，测量出其电压为500V，关断时则二极管会导通用来续流，此时为导我们首先需要考虑几个因素对于电容的选择：确定输出电压纹波；维持的时间大小；当我们关断输入电压时，由于电容的作用，电压还可以维持一段时间，由于纹波是由电容间还与诸多因素有关，如电容中存储的能量，负载上的功率大小，输出率为，则输出电流可以表示我们根据实际计算确认了输出电容的所需的具体数值，但是在选择合适的耐本文采用平均电流法控制交错并联PFC变换器，两路PFC共用一个电压外环，外环输出控制，以实现不同的相位。前端通过二极管进行整流，输出侧接电容进行稳压。该控制方法开关频通过参考一些相关内容的资料，可以了解到控制系统工作原理：首先是记录主电路的输压误差放大器的输入端口收集到这个数值并且和内部基准电压数值同时接入，这样我们就可放大器的输入端我们用该数值和采样输入合电流的数值来接入。根据比较电流误差放大器的以得出PWM信号，同理我们根据交错控制电路来得到两路交错的开关驱动信号。我们可以控关。使输入合电流与基准电流同相，那么交流输入电压与输入电流也同相，这样功率因研究了PFC控制电路，这个电路中我们必须得确保它的电压是稳定输出的。然后得保证电们都得采用双闭环这一控制方法，图4.3为它们的原理图。为了达到跟踪误差变化的目的，我压环，即为PI控制电流与电压类似方法处理，只不过需要输入电流跟踪输入电压，最后根据位相差180°,此时实际的两路PWM输出也会相差180°,分别驱动开关管。这种控制方法下，产生的两路电感电流大这一章中我们主要是设计了交错并联BoostPFC电路，然后根据设计指标的情况计算，合适的参数，那么在设计控制电路这个板块中我们主要讲解了采用平均电流控制的策略，本文一到四章中讲述了交错并联BoostPFC变换器的电路特点及基在Matlab/simulink仿真平台建立起交错级联升压型功率因数校正电路模型，如图5.1所示可以看出，输入电压、电流同相位，功率因数校正效果良好；图5