浅谈改变输入电流正弦化提高系统功率因素的原理及应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈改变输入电流正弦化提高系统 功率因素的原理及应用 摘 要随着电力电子技术的快速 发展，对电源设备尤其是大功率电源设 备的要求越来越高。由于不可控整流器 在功率设备中的广泛应用，各种谐波对 电网的污染也变得十分严重，使得电能 的生产、传输和利用的效率降低。为了 解决这一问题，我们必须对输入电流进 行校正，使其正弦化，来提高系统的功 率因数。根据用户要求的性能指标研究 设计了一种 AC/DC 变换器。该变换器 分为前后两级，前级采用 Boost 型的单 相有源功率校正电路，后级采用全桥变 换电路。该电源结构简单，思路清晰， 运行稳定性好，有效降低了成本。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /1/view-12796842.htm 关键词 有源功率因数校正 单周 期控制，IR1150S ，全桥 中图分类号：TM121 文献标识 码：B 文章编号：1009-914X（2015） 19-0044-01 1 系统设计方案 本设计题目来源某型号充电电源 设备系统，考虑重量、体积等方面原因， 将民用电通过 AC/DC 变换给电动汽车 蓄电设备提供直流电源。 充电电源系统的基本组成主要包 括输入整流滤波电路，PFC 电路，功率 变换器电路，输出整流滤波电路，控制 电路部分。 2 DC/DC 的设计方案 DC/DC 变换拓扑结构根据电路 中有无变压器隔离，分为非隔离型 DC/DC 变换器和隔离型 DC/DC 变换器 两类。 非隔离型 DC/DC 变换器主要包 括：降压式变换电路（Buck 电路） ，升 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 压式变换电路（Boost 电路） ，升降压式 变换电路（Buck-Boost 电路） ，库克电 路（Cuk 电路） 。 隔离型 DC/DC 主要包括：单端 反激变换电路，推挽式变换电路，半桥 变换电路，全桥变换电路。 全桥变换器特点 全桥式电路中变压器也是双向激 磁，适合于中大功率场合，相同电压和 电流容量的开关器件时，全桥电路输出 功率最大，但其使用开关管较多，电路 结构复杂，成本比较高，可靠性相对较 低。 半桥电路输入由两个串联的电容 并上两个串联的开关管组成，两个电容 容量和耐压都相同，起到均压的作用， 通过控制两个开关管交替开通和关断， 在变压器原边产生电压大小为输入电压 一半的高压开关脉冲，再经过变压器转 换，实现功率输出。与全桥电路相比， 半桥电路开关器件数量少一半，实现同 等功率的成本相对较低，而且它有良好 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的抗不平衡能力，能有效防止偏磁现象。 全桥电路与半桥原理相似，主电 路采用了四个开关管，结构比较复杂， 成本高，可靠性比半桥型电路要低一些。 PWM 控制电路 调节开关电源的占空比，可使输 出电压基本上不随负载变化或不随着输 入电压变化而变化。这种方法实质是对 晶体管导通脉宽进行调节和控制，故叫 脉宽调制法（PULSE WIDTH MODULATION）缩写为 P。这种控制 法电路组成，已经有很多相应的 IC 片， 本文采用的脉宽调制式的 SG3525 的芯 片。 SG3525 脉宽调制型控制器是美国 通用电气公司的 SG 系列的第二代产品， 作为 SG3524 的改进型，更适合运用于 以 MOS 管作为开关器件的变换器，它 是采用双级型工艺制作的新型模拟数字 混合集成电路，性能优异，所需外围器 件较少，管脚比较少只有 16 脚，而且 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 功能比较齐全。 3 辅助电源设计方案 辅助电源采用断续模式下的反激 电路，采用控制芯片 UC3842，UC3842 是一款单电源供电带电流正向补偿，单 路调制输出的高性能固定频率电流型控 制集成芯片，经过隔离变压，为芯片 IR1150S 和 SG3525 供电。 4 有源功率因数校正和全桥变换 器的工作原理 电流流过电感线圈 L，在电感线 圈未饱和前，电流线性增加，电能以磁 能形式储存在电感线圈 L 中。此时，电 容 C 放电， R 上流过电流，R 两端为输 出电压，极性上正下负。由于开关管 Q 导通，二极管阳极接负极，二极管 D 承 受反压状态，所以电容 C 不能通过开关 管放电。当开关 S 转换到位置 B 时，线 圈 L 中的磁场将改变线圈 L 两端的电压 极性以保持不变，这样线圈 L 磁能转化 成的电压与电源串联，以高于气的电压 向电容 C、负载 R 供电。图 3-1 中，当 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 A 点电压高于时，电容有充电电流；等 于时，充电电流为零；当有降低趋势时， 电容 C 向负载 R 放电，维持不变。 5 全桥变换器工作原理 假设全桥变换器工作时，占空比 为 D 周期为，开关管和二极管工作在理 想状态下迅速导通或关断。 在期间，结合图 3-4 和图 3-5， 开关管和导通电流从，在变压器原边产 生上正下负的电压，经过变压器的功率 传递变压器的副边也产生上正下负的电 压，由于二极管具有单向导通性，变压 器副边上半边的二极管正向导通，下半 边的二极管负向截止，在 C-D 之间的电 压为正向电压如波形图中所示。同时这 段期间的 L 的电流线性上升，增量为。 在期间，结合图 3-3 和图 3-5， 开关管和截止，而和。还未导通，电压 源的能量就没法通过全桥变换器传递到 变压器，变压器的原副边电压都为零值。 负载边的电阻和电容由电感中的电流进 行充电，电感 L 的电流线性减小，减量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 为。 在期间，结合图 3-3 和图 3-6， 开关管和仍为截止，和开始导通，电流 从，在变压器原边产生上负下正的电压， 经过变压器的功率传递变压器的副边也 产生上负下正的电压，由于二极管具有 单向导通性，变压器副边上半边的二极 管负向截止，下半边的二极管正向导通， 在 C-D 之间的电压仍为正向电压如波形 图中所示。同时这段期间的 L 的电流线 性上升，增量为。 在期间，结合图 3-和图 3-5，开 关管和截止，和仍未导通，全桥变换器 的工作模式和，期间工作模式相同。 通过一个周期内对全桥变换器工作模式 的分析可知，C-D 两点间的电压为： 在和期间 在和期间 则经过电感和电容的滤波后在负 载端输出电压为： （3-5 ） 式中 n 为变压器的变比 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 在实际电路中，即使两者相等其 通态压降也可能有差异，也就是说不可 能为一个纯粹的交流电压，而是含有直 流成分，由于高频变压器原边绕组电阻 很小，此直流分量长时间作用，会导致 铁心直流磁化直至饱和，从而使变换器 不能正常工作，因此要抑制变压器原边 的直流成分。最简单的方法是在变压器 原边串连一个隔直电容，电容上的交流 压降约为，的 10%，该电容承担了的直 流分量，使变压器上只有交流电压分量。 总结 设计一种 AC/DC 开关稳压电源， 采用了高功率因数 PWM AC/DC 变换器 电路和全桥 PWM DC/DC 变换电路组成 整个电源系统。分析了系统各部分的工 作原理，设计了电路参数，本设计的主 要工作和收获的结论如下： 1、讨论了有源功率因数校正电 路设计的全过程和全桥电路的原理及电 路设计实现，有源功率因数校正装置提 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 高了功率因数，减小了功率器件的开关 损耗，提高了系统的电磁兼容性能力。 2、详细分析了全桥 PWM 变换 器的工作原理，并对全桥主电路和控制 电路进行了参数设计， 同时与主电路 对应，设计出系统的控制电路及其辅助 电源，对其进行了