电源技术中的单相有源电源技术中的单相有源PFC 新型控制策略的研究新型控制策略的研究
摘要: 根据功率因数校正的基本原理和物理意义,理论上推导了一种新型直接控制算法,并通过仿真分析和试验
研究进行了验证。结果表明,该方法通用性很强,无需输入电压检测,具有更宽的调功范围,且适合任何输入
电压波形,因而在传统交流电压供电或分布式电源应用中,如车载交流正弦波电源、交流方波电源的功率因数
校正中具有重要应用价值。为了描述问题方便,提出了调功范围、正弦交流PFC、方波交流PFC 和直流PFC 等
概念。 0 引言 单相有源功率因数校正(APFC) 技术被广泛地应用在开关电源、变频家电等领域,在消
除谐波电流污染方面起到了非常重要作用。迄今为止,出现了多种PFC 控制算法,如常规乘法器算
摘要: 根据功率因数校正的基本原理和物理意义,理论上推导了一种新型直接控制算法,并通过仿真分析和试验研究进行了
验证。结果表明,该方法通用性很强,无需输入电压检测,具有更宽的调功范围,且适合任何输入电压波形,因而在传统交流
电压供电或分布式电源应用中,如车载交流正弦波电源、交流方波电源的功率因数校正中具有重要应用价值。为了描述问题方
便,提出了调功范围、正弦交流PFC、方波交流PFC 和直流PFC 等概念。
0 引言引言
单相有源功率因数校正(APFC) 技术被广泛地应用在开关电源、变频家电等领域,在消除谐波电流污染方面起到了非常重
要作用。迄今为止,出现了多种PFC 控制算法,如常规乘法器算法、电压跟随器算法、单周期控制器算法等,它们都有一定
的优、缺点和不同适用范围。本文根据功率因数校正的工作原理和物理含义,推导了一种新型直接控制算法,并进行仿真分析
和试验研究进行验证。如果输入电压和输出功率已知,该直接控制算法还可以进一步简化。另外,在保证良好功率因数校正的
前提下,为了很好地表征各种PFC 算法的支持输出功率能力,提出了调功范围的概念。此外,随着智能电网技术、分布式发
电技术的发展和应用,出现了单相标准正弦电压源、准正弦电压源、交流方波电压源以及直流电压源,为了提高这些电源的利
用率和改善微网的供电状况,上述电压源都必须采取功率因数校正技术,即提出了所谓的方波交流PFC 和直流PFC 等概念。
1 单相单相APFC 直接控制算法的原理直接控制算法的原理
传统单相有源PFC 的工作原理的实质是:在每个开关周期中,借助功率开关S1 有规律的通断过程,通过整流桥和电感L 将
电源uac短接,使得电感L 储存能量,然后将全部储能或者部分储能释放到负载侧的直流电解电容,同时获得同步正弦的输入
电流波形和稳定的直流输出电压。传统单相有源PFC 的控制策略是电流闭环( 内环) 和电压闭环控制( 外环),可以获得很好的
控制效果。但是,对于采用模拟控制的APFC,同一套参数很难兼顾轻载与重载时校正效果。
单相交流输入电压方程为:
单位输入功率因数时输入电流方程为:
为了分析方便,近似地认为输出直流电压u0 =U0,纹波电压为零,开关周期为Ts,开关频率为fs,占空比为d,则根据
Boost 型DC /DC 变换器的输出与输入电压的关系,得:
当单位输入功率因数时输入电流时,式(1) 可以改写为:
忽略高频分量时,式(2)可以近似改写为:
式(3)可以近似改写为: