单级pfc变换器的功率因数校正效果的研究

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1、单级PFC变换器的功率因数校正效果的研究

2、第1内容显示中1前言为了使500)this.style.ouseg(this)">图1单级PFC变换器图中：vAC为交流输入电源；L1为Boost电感；C1为中间储能电容；RL为变换器负载。500)this.style.ouseg(this)">图2电路的主要电流波形图中：ugs为开关管S的控制信号；Ts为开关周期；D为占空比。在一个开关周期内，电路的工作过程如下。状态1[t0－t1]S，D2和D3导通，D1和D4截止，电源vAC向电感L1充电，流过电感L1上的电流线性增长，C1经T1向Lo，Co和RL

3、放电。S在t1时刻截止，电感L1上的电流为最大值：iL1,P=500)this.style.ouseg(this)">DTs（1）iD1=0，iD2=iL1（2）状态2[t1－t2]S，D2和D3截止，D1和D4导通，vAC和L1通过D1给C1充电，负载RL两端电压由Lo和Co的储能维持。在t2时刻，L1中的能量完全释放，电流为零。在这期间iL1=iL1,P－500)this.style.ouseg(this)">(t－DTs)（3）iD1=iL1，iD2=0（4）状态3[t2－(t0＋Ts)]S，D2和D3截止，由于D1的存在，L1上的电流不

4、能反向，因此为零，即D1也截止，D4仍导通，负载RL两端电压由Lo和Co储能维持。2.2输入电流分析在状态1和2期间，Boost电感中的能量完全释放，根据磁通守恒原理有

5、vAC

6、DTs=(VC1－

7、vAC

8、)D21Ts（5）可以得到D21=500)this.style.ouseg(this)">D（6）所以，在一个开关周期内，平均输入电流为iL1(avg)=500)this.style.ouseg(this)">（iL1,PD＋iL1,PD21）=500)this.style.ouseg(this)">D2Ts500)this.style.ou

9、seg(this)">（7）设

10、vAC

11、=

12、VINsin(ωt)

13、，其中VIN为输入电压的峰值。所以iL1(avg)=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">=kβ500)this.style.ouseg(this)">（8）式中：k=500)this.style.ouseg(this)">；β=500)this.style.ouseg(this)">。在单级PFC变换器中，输入电流在固定占空比下被分解为三角脉冲波，电流峰值将自动跟随输入电压。但是，这种通过电压跟随方式取得

14、的电流波形并非理想的正弦波。由于Boost电感的放电时间受到VC1的影响，因此，平均输入电流呈现一定程度的畸变[2]。由式（8）可知，平均输入电流与β之间有一个固定的关系，如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">图3平均输入电流的波形2.3功率因数表达式输入电流有效值为iL1(rms)=500)this.style.ouseg(this)">（9）令z=500)this.style.ouseg(this)">，则有iL1(rms)=kβ500)this.style.ouseg(this)">（10）变换器的平均输入功

15、率为PIN=500)this.style.ouseg(this)">

16、vAC

17、iL1(avg)dωt=500)this.style.ouseg(this)">VINkβ500)this.style.ouseg(this)">=500)this.style.ouseg(this)">y(11)式中：y=500)this.style.ouseg(this)">变换器的功率因数可表示为PF=500)this.style.ouseg(this)">=500)this.style.ouseg(this)">（12）式中：Vrms=500)this.sty

18、le.ouseg(this)">。由式（12）可知，变换器的功率因数与β也存在一个固定的关系。3仿真与实验结果为了验证理论分析结果，进行了仿真与实验。电路参数为：vAC=200500)this.style.ouseg(this)">sinωtV，L1=0.103mH，C1=270μF，变换器的开关频率120kHz。当负载变化的时候，储能电容C1的电压随着负载的减小而增大，从而使得β发生变化。当β=0.7或0.9时，仿真结果如图4所示。500)this.style.ouseg(this)">（a）β=0.7时输入电压与电流波形500)this.s

19、tyle.ouseg(this)">（b）β=0.9时输入电压与电流波形图4仿真波形图为了进一步验证，搭建了实验模型，实验波形如图5所示。可见仿真与实