大工11春《电源技术》辅导资料十.docVIP

电源技术辅导资料十 主 题：有源功率因数校正 学习时间：2011年6月13日－6月19日 内 容： 我们这周主要学习有源功率因数校正，功率因数校正技术的发展趋势的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们能够掌握有源功率因数校正的基本原理，电路结构以及控制方法，并且能了解功率因数校正技术的发展趋势。 一、学习要求 1．掌握有源功率因数校正的电路结构； 2．熟悉有源功率因数校正的三种控制方法； 3. 了解有源功率因数校正芯片的使用； 4. 了解有源功率因数校正的发展趋势。 二、主要内容 （一）有源功率因数校正的电路结构 APFC的电路结构有双级式和单级式两种，如图所示。双级式电路是由Boost转换器和DC/DC变换器级联而成的，中间直流母线电压一般都稳定在400 V。前级的Boost电路实现功率因数校正，后级的DC/DC变换器实现隔离和降压。其优点是每级电路可单独分析、设计和控制，特别适合作为分布式电源系统的前置级。单级式APFC电路集功率因数校正和输出隔离、电压稳定于一体，结构简单，效率高，但分析和控制复杂，适用于单一集中式电源系统。 有源功率因数校正电路结构 (a) 双级式； (b) 单级式 （二）有源功率因数校正的控制 有源功率因数校正技术的思路是，控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前能与整流后的电压波形相同，从而避免形成电流脉冲，达到改善功率因数的目的。有源功率因数校正电路原理如图所示，主电路是一个全波整流器，实现AC/DC的变换，电压波形不会失真；在滤波电容C之前是一个Boost变换器，实现升压式DC/DC变换。从控制回路来看，它由一个电压外环和一个电流内环构成。在工作过程中，升压电感L1中的电流受到连续的监控和调节，使之能跟随整流后正弦半波电压波形。 有源功率因数校正电路是一个双闭环控制系统。内环是一个电流控制环, 它是一个I型控制系统（一阶无差系统）。按照控制理论, I型系统可以无差的跟踪斜坡信号，由于正弦波信号变化率比斜坡信号慢, 所以I型系统也可以无差的跟踪正弦波信号。电流环的作用是使输入电流无差的跟踪输入电压的波形, 于是输入电流就是与输入电压同相的正弦波波形, 达到了功率因数校正的目的。 外环是一个电压控制环, 它是一个II型控制系统（二阶无差系统）, 按照控制理论, II型系统可以无差的跟踪阶跃信号。只要输入一个不变的参考电压, 就可以得到一个稳定不变的输出电压。电压环的作用是使输出保持一个高于输入电压最高峰值的稳定电压, 这是所必需的。 双闭环控制的效果是使输入电流与输入电压呈同相的正弦波, 输出是一个高于输入电压最大峰值的稳定直流电压。这个稳定的直流为后级变换电路提供直流能量。 通过RL取出正比于Ua的电流波形 Isin（isin=Ua/RL） 是一个正弦全波整流波形。 isin与误差放大器输出电压UEAOUT在乘法器中相乘, 产生电流IMO, 通过电阻RC产生电压IMORC ， 它具有与Ua相同的波形。 另外, 输入电流通过电阻RS产生一个电压Us=iLRS 。Us与电压IMORC相减后加在电流误差放大器的同相输入端, 由于电流环是无差跟踪的, 它必将迫使Us= IMORC, 从而实现了主回路的电流波形对输入电压波形的无差跟踪 Gpwm是PWM 调节器的传递函数。其中UCAO 是电流调节器的输出电压。由于占空比DON(s)正比于电流调节器的输出，因此Gpwm(s)是个常数： G1(s)是电流调节器的传递函数。由电流放大器CA及补偿电路ZCF组成的调节器有如图所示的形式，可推出传递函数为： 由（4）式可知，这是一个Ⅱ型控制系统，U s(s)可以无差的跟踪IMoRC ，即输入电流可以无差的跟踪输入电压的波形。 电压控制环 PFC系统的外环是一个电压控制环，它含电流环、乘法器、电压调节器及放大环节。 为前向通道传递函数，推导如下 有源功率因数校正电路原理 整流器输出电压ud、升压变换器输出电容电压uC与给定电压U*c的差值都同时作为乘法器的输入，构成电压外环, 而乘法器的输出就是电流环的给定电流I*s。  升压变换器输出电容电压uC与给定电压U*c作比较的目的是判断输出电压是否与给定电压相同，如果不相同，可以通过调节器调节使之与给定电压相同，调节器（图中的运算放大器）的输出是一个直流值，这就是电压环的作用。而整流器输出电压ud显然是正弦半波电压波形，它与调节器结果相乘后波形不变， 所以很明显也是正弦半波的波形且与ud同相。 将乘法器的输出作为电流环的给定信号I*s ，才能保证被控制的电感电流iL与电压波形ud一致。I*s的幅值与输出电压uC同给定电压U*c的差值有关，也与ud的幅值有关。L1中的电流检测信号