填谷滤波变频式返驰转换器.doc

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1、填谷濾波變頻式返馳轉換器Valley-FillFilterFlybackConverterwithVariableFrequencyControl摘要傳統使用二極體與電容整流濾波得到直流鏈電壓之電子設備，其輸入電源之電流含有大量電流諧波，導致功率因數降低、線電壓失真與雜訊干擾等問題。為提昇功率因數與降低電流諧波，一般均於橋式整流器後加入功因修正電路，並經由後級穩壓器降壓與穩壓，提供負載較穩定的直流電源。屬被動式功因修正電路之填谷濾波器，其直流鏈電壓漣波較大，造成後級穩壓器之輸出含有低頻電壓漣波，為減少低頻電壓漣波，本文應用變頻控制於後級返馳式轉換器

2、，可降低輸出低頻電壓漣波，且輸入電流諧波量可符合IEC1000-3-2ClassA之規範。第一章緒論1.1研究背景與目的傳統電子設備之電源，利用二極體整流電路或矽控整流電路，將公共電力系統的交流電源轉換成直流電壓，並經由並聯大容量電容之方式，降低直流鏈(DCBus)電壓的漣波成份，以提供後級電壓轉換器較穩定的直流鏈電壓。不過此電路之整流二極體僅在交流電源電壓高於直流鏈電壓時才導通，導通時間很短，交流輸入電流為一脈衝電流，電流失真程度相當大且含有大量諧波成分，造成功率因數降低、線電壓失真與電磁干擾等問題，嚴重污染公共電力系統。隨著電機與電子設備之普及

3、，諸多要求電機與電子設備特性之規範遂被制定，以避免公共電力系統被污染，同時減少對周圍其他電子設備之影響。為了改善上述傳統整流濾波方式之缺點，遂發展出各種功因修正電路(PowerFactorCorrectionCircuits)，一般可分為被動式(Passive)功因修正電路與主動式(Active)功因修正電路。被動式功因修正電路具有結構簡單、價格低廉之優點，但其工作頻率與電源相同，被動元件的體積大、重量重，且須針對特定輸入電壓和負載條件來設計。主動式功因修正電路即是一個交/直流轉換器，其連接在橋式整流器之後，可提供後級較穩定的直流鏈電壓，使後級的電

4、壓轉換器可提供負載良好的響應。主動式功因修正電路係利用功率開關之高頻切換，使交流輸入電流追隨交流輸入電壓，以得到一個接近正弦波形且同相位的輸入電流，進而提昇功率因數，降低電流諧波，其所使用的控制方法有不連續導通模式控制法(DiscontinuousConductionModeControl)、臨界電流控制法(CriticalBoundaryCurrentControl)、磁滯電流控制法(HysteresisCurrentControl)、峰值電流控制法(PeakCurrentControl)及平均電流控制法(AverageCurrentContro

5、l)等，其中不連續導通模式控制法較其他控制法容易達成，只要將電感器設計在不連續導通模式，電感電流即會自動追隨輸入電壓，而成為正弦波形並且與市電同相位的輸入電流，故又稱為電壓隨耦法(VoltageFollowerControl)。由於功因修正電路之輸出電壓較高，兼且上述之控制策略皆是以提昇功因為首要，難以同時兼顧輸出電壓的調整，故主動式功因修正電路的輸出電壓，含有兩倍電源頻率的低頻電壓漣波，無法直接提供給負載，所以通常會再加一級直流/直流轉換器，同時達到降壓與減少低頻電壓漣波，以提供負載良好的直流電壓。使用主動式功因修正電路的系統會由原來的單級增加為

6、兩級，將增加一次的能量轉換過程與一個控制電路，造成整體效率的降低與增加成本、體積與電路複雜度。有許多文獻報告已發表出把兩級合而為一，並共同使用一個主動開關的單級高功因轉換器[1-3]，此種架構之控制策略必須同時兼顧輸入電流控制與輸出電壓調整，所以共用之主動開關的前級PFC電路，在工作條件和參數設計上，均與後級的直流/直流轉換器存在著相依的性質，使得系統在某些限制條件下，才能同時兼顧輸入功因修正與輸出快速穩壓之目的。單級高功因轉換器的架構，通常是一個以功因修正為主要功能的單元(PFCCell)，典型的如昇壓型、降昇壓型…等，串聯整合一隔離型的直流/直

7、流轉換器單元(DC/DCCell)，如返馳型、順向型、半橋…等。輸入電流的波形端看功因修正單元之架構與控制方法來決定，通常將功因修正單元的工作模式設計在不連續導通模式，以電壓隨耦法來讓功因修正單元自動達到功因修正的功能。如以昇壓型為前級[4-7]，可得到接近正弦的輸入電流波形，並接近單位功因之性能，主要缺點為直流鏈電壓須高於交流輸入電壓之峰值。以降昇壓型為前級[8-10]，亦可得到接近正弦波形輸入電流，並接近單位功因之性能，且直流鏈電壓不需高於交流輸入電壓之峰值，主要缺點為效率較低。利用耦合電感增加整流二極體導通時間的方法[11-15]，以及將功因

8、修正單元並聯直流/直流轉換器單元之方式[16-21]，輸入電流均為非正弦波形，此種方式之功率因數較差，故須考量輸入電流諧波