《FC电路原理》PPT课件

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1、PFC電路原理-------全勇05/08/目錄1.PF的相關知識2.AC-DC電路的輸入電流諧波分量和功率因數3.提高AC-DC電路輸入端功率因數和減小電流諧波的主要方法4.Boost功率因數校正器(Boost-APFC)的工作原理5.APFC集成控制電路的工作原理簡介1.正弦電路的功率因數 任一網路N在圖示關聯參考方向下,輸入網路的暫態功率P等於電壓與電流瞬時值的乘積,即:p=u*i設正弦電壓和電流分別爲:u=U*Sinωti=I*Sin(ωt-φ)(φ爲埠電壓與電流的相位差)則有p=u*I

2、=U*Sinωt*U*Sin(ωt-φ)=U*I*[Cosφ-Cos(2ωt-φ)]可見暫態功率是由恒定分量UICosφ和正弦分量兩部分組成,正弦分量的頻率是電壓頻率的兩倍.其中感性網路中φ>0,容性網路中φ<0.此時電壓和電流的波形如圖.由圖可見在每一個周期內有兩段時間內u和I的實際方向相反,此時p<0,即網路內部儲能元件把儲存的電磁能量返回電源的緣故2.AC-DC電路的輸入電流諧波分量和功率因數在AC-DC開關電源的輸入端,AC電源經全波整流後,一般接一個大電容,如圖,以得到波形比較平直的直流

3、電壓.整流器—電容濾波電路是一種非線性元件和儲能元件的組合.因此,雖然輸入正弦交流電壓,但電流波形卻嚴重畸變,呈脈衝狀,如圖.由此可見,大量應用整流電路,會使電網供給嚴重畸變的非正弦電流,造成的嚴重後果是:諧波電流對電網有嚴重的危害,並且輸入端功率因數下降.脈衝狀的輸入電流,含有大量諧波,一方面使諧波躁音水平提高,同時在AC–DC整流電流的輸入端必需增加濾波器.對上圖的電流波形,可用傅里葉級數展開,得到各次諧波分量的百分比,總的諧波電流分量(或稱總諧波畸變TotalHarmonicDistorti

4、on)用THD表示.大量的電流諧波分量倒流入電網(稱為HarmonicEmission),造成對電網的諧波”污染”.一方面產生”二次效應”,即電流流過線路阻抗造成諧波電壓降,反過來使電網電壓(原來是正絃波)也產生畸變;另一方面,會造成電路故障,使變電設備損壞上面講到正弦電路的功率因數用Cosφ表示.由於整流電路中二極管的非線性,儘管輸入電壓為正弦,電流卻為嚴重非正弦,因此正弦電路的功率因數計算不再適用於AC-DC變流電路,後續用PF(PowerFactor)表示功率因數.定義:PF=有功功率/伏安

5、=P/(U*I)設AC-DC變流的輸入電壓(有效值U)為正弦,輸入電流為非正弦,其有效值為:.提高AC-DC電路輸入端功率因數和減小電流諧波的主要方法a.無源濾波器這一方案是電路的整流器和電容之間串聯一個濾波電感,或在交流側接入諧振濾波器.其主要優點是:簡單、成本低、可靠性、EMI小.主要缺點是:尺寸和重量大,難以得到高功率因數(一般可提高到0.9左右),工作性能與頻率、負載變化及輸入電壓變化有關,電感和電容間有大的充放電電流等.b.有源濾波器(或稱主動式功率因數校正器)在整流器和負載之間接入一

6、個DC-DC開關變換器,應用電流反餽技術,使輸入端電流波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形,可以使電流接近正弦.從而是輸入端THD小於5%,而功率因數可提高到0.99甚至更高.此種方案即主動式PFC(ActivePowerFactorCorrection),簡稱APFC.它的主要優點是:可得到較高的功率因數;THD小;可在較寬的輸入電壓範圍和寬頻帶下工作;體積和重量小;輸出電壓可保持恆定.主要缺點是:電路複雜;MTBF下降;成本高;EMI高;效率會有所下降.1.APFC的基本原理.從原理上講,任何一種DC

7、-DC變換器拓朴都可以用作APFC的主電路.但是,由於Boost變換器的特殊優點,應用於APFC更為廣泛.下面以Boost-APFC為例,說明APFC電路的基本工作原理.下圖為Boost-APFC電路的原理圖.主電路有單相橋式整流器和DC-DCBoost變換器組成,虛線框內為控制電路,包括:電壓誤差放大器VA及基準電壓Vr,電流誤差放大器CA,乘法器M,脈寬調制器(圖中未給出)和驅動器等,負載可以是一個開關電源.PFC工作原理如下:主電路的輸出電壓Vo和基準電壓Vr比較後,輸入給電壓誤差放大器VA

8、,整流電壓Vdc檢測值和VA的輸出電壓信號共同加到乘法器M的輸入端,乘法器M的輸出則作為電流反餽控制的基準信號,與開關電流檢測值比較後,經過電流誤差放大器CA加到PWM及驅動器,以控制開關Tr的通斷,從而使輸入電流(即電感電流)的波形與整流電壓Vdc的波形基本一致,是電流諧波大為減少,提高了輸入端功率因數,由於功率因數校正器同時保持輸出電壓恆定,使下一級開關電源設計更容易.上圖中給出輸入電壓波形Vdc、Vi和經過校正的輸入電流、波形,輸入電流PWM頻率調制,使原來呈脈衝狀的波形,調