有源滤波网络抑制BUS电压纹波应用于ConverMode

1、有源滤波网络抑制BUS电压纹波应用于ConverMode彭世东 张玉林 林新春2006.1.262内容介绍n概念介绍n实验装置介绍n输入BUS电容PFC电流的获取n实验结果nBUS电压纹波的理论解释n结论n讨论3一、概念介绍 nConverterMode工作模式： 是指市电输入频率与逆变输出频率不一致的一种工作模式 。n特点： 输入输出瞬时功率不一致，导致BUS电压纹波大，市电输入电流波动大，逆变输出电压、负载电流波动也大。4二、实验装置搭建现有实验装置的缺陷：n在52 内DSP运行逆变控制程序、PFC控制程序、有源滤波网络控制程序以及时序程式，时间资源不够。n原有实验装置中带滤波网络的功率板

2、中没有PFC部分的功率电路。S5二、实验装置搭建图1 ConverterMode工作模式实验装置图6二、实验装置搭建n实验装置介绍 整个实验装置包括UPS1、正负BUS电容及UPS2。UPS1（Emerson3KVA功率板）的PFC部分工作，逆边部分不工作；正负BUS电容是UPS1和UPS2的连接桥梁； UPS2（带有源滤波网络而没有PFC电路的功率板）的DC-DC部分不工作，有源滤波网络和逆变电路工作。n机器工作时序 UPS1输入包括电池输入和市电输入，UPS2只有电池输入，电池输入为两台UPS的SPS提供电源。先开启UPS1， BUS电压建立起来后再开启UPS2。7三、输入BUS电容PFC

3、电流的 获取图2 有源滤波网络控制框图n控制中需要电流补偿信号 ，如图3市电工作模式下，此信号包含有PFC输入到BUS电容的信号，其表达式为：NiNPFCINViii8图3 带滤波网络的UPS工作于市电模式的电路架构三、输入BUS电容PFC电流的 获取9n从PFC输入正负BUS电容的真实电流是以半波正弦为包络线的脉宽不等脉冲，可以用输入市电电流乘以PFC续流二极管的导通占空比来近似，但PFC滤波网络的控制程序运行在不同的控制板上，真实的PFC开关管的占空比没法获取，但实验表明PFC开环计算出的占空比与闭环的非常接近，可以用开环占空比代替。为此需要将UPS1的市电电压信号和输入市电电流信号引入U

4、PS2，如图1。三、输入BUS电容PFC电流的 获取10图4 Emerson3K的PFC功率电路结构图 三、输入BUS电容PFC电流的 获取11 根据图4，设d 为PFC开关管的占空比,理想状况下对于电感L根据 平衡有： 可以导出PFC开环时续流二极管导通占空比为： 输入BUS电容的平均电流可以近似表示为：V S|(|) (1)LineBUSLineVd TVVdT |1LineBUSVdV|LinePFCLineBUSViiV三、输入BUS电容PFC电流的 获取12四、实验结果图5 有滤波网络前后带R满载（2.4KW）BUS电压纹波波形图CH1、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流无滤波

5、网络BUS电压纹波为100V，有滤波网络（不含中线电流补偿）BUS电压纹波为54V13四、实验结果图6 有滤波网络前后带RCD满载（1KW/2200uF）BUS电压纹波波形图CH1、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流无滤波网络BUS电压纹波为76V，有滤波网络（不含中线电流补偿）BUS电压纹波为54V14四、实验结果图7 有电流补偿前后带R满载（2.4KW）BUS电压纹波波形图CH1、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流无电流补偿BUS电压纹波为54V，有滤波网络BUS电压纹波为36V15四、实验结果图8 有电流补偿前后带RCD满载（1KW/2200uF）BUS电压纹波波形图CH1、

6、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流无电流补偿BUS电压纹波为54V，有电流补偿BUS电压纹波为51V16四、实验结果图9 有滤波网络前后带R满载（2.4KW）市电输入电流波形图CH1、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流17四、实验结果图10 有滤波网络前后带RCD满载（1KW/2200uF）市电输入电流波形图CH1、CH2为正负BUS电压，CH3为负载电流18ConverterMode工作模式下，有滤波网络工作时，实验结果表明：nBUS电压纹波明显减小。n输入电流波动大大减小，减小了对电网的冲击。n输出电压的波动也大大减小，提高了UPS的输出性能四、实验结果19五、理论解释 为了便

7、于近似这里只对带R满载的情况做理论计算，为此需要做一些假设：n系统没有损耗，即：n计算PFC输入BUS电容电流时忽略BUS电压波动，认为其为恒定值n正负BUS电压完全一致inoutPP20 五、理论解释根据BUS电压的计算公式：BUS电压纹波部分的表达式为：为此还需求出从BUS电容流出为逆变提供能量的电流平均值，PFC流入BUS电容的真实电流在第二部分已经推导过。01( )(0)()tPFCinvccV tViidtC01()tPFCinviidtC21在一个开关周期内从BUS电容流出的平均电流为：在一个开关周期内通过续流二极管续流到BUS电容的电流为： 在一个开关周期内，从BUS电容流出的真

8、实的电流为： ( )1(1)2outINVoutoutbusVtiiV( )1(1)2outINV inoutbusVtiiV( )outINVINVoutINV inoutbusVtiiiiV五、理论解释22五、理论解释图11 有滤波网络带R满载（2.4KW）BUS电压纹波波形图上图为实验波形（p-p值28.1V），下图为理论计算波形（ p-p值21V ）23五、理论解释实验结果与理论计算结果相比，电压纹波波形几乎一致，但计算的纹波峰峰值21V比实验28.1V的要小一些，这与计算时做的假设有关：n实际中市电输入功率与逆变输出功率并不是所假设的那样实际中市电输入功率与逆变输出功率并不是所假设的

9、那样相等，效率为相等，效率为88%88%。n实际中正负实际中正负BUSBUS电压也并非所假设的那样完全一致，正负电压也并非所假设的那样完全一致，正负BUSBUS电压存在一定的差值，这个差值正好提供控制器的给电压存在一定的差值，这个差值正好提供控制器的给定量。定量。n实际中实际中BUSBUS电压是有波动的，不是假设中的恒定值。电压是有波动的，不是假设中的恒定值。24六、结论n滤波网络控制中加入中线电流补偿，可以大大提高控制性能。n通过用开环计算的PFC开关管占空比求得的输入BUS电容的平均值电流完全可以代替真实流入BUS电容的电流脉冲，实验效果不错。n加入滤波网络后，在ConverterMode工作模式下，BUS电压纹波明显减小；可以大大减小输入市电电流的波动，减少对市电的污染；输出电压波动也大大减小。25七、讨论效率问题：n用T-8磁芯资料计算结果表明电感损耗占据滤波网络损耗的三分之二左右，采用损耗小的磁芯整机效率还有提升的空间，采用Kool M磁芯的电感整机效率带R满载确实有1.1%26 的提高 ，RCD满载效率提高0.5%；但与没有滤波网络相