浅析无源功率因数校正.docxVIP

1 引言使逆变电源适应不同的应用场合和性能要求，可采用不同的控制策略，有效消除或降低输出谐波是其最基本要求，如使用不同的pwm生成方法、特定谐波消除技 术、波形重构技术等。而当负载为非线性时，例如容性、感性负载或带电容和电感的整流器负载，负载会产生谐波和无功电流，导致功率因数较低，增加电能损耗， 降低效率，并带来一定干扰。为解决这些问题，在非线性负载时，要降低谐波，提高功率因数，应用功率因数校正技术是比较理想的方法。功率因数校正(pfc)技术主要分为两类:无源功率因数校正和有源功率因数校正。无源功率因数校正通常在交流输出端采用lc滤波器法和并联电容器法;有源 功率因数校正通常是在整流器和逆变器之间接入ac-dc开关变换器，如采用专用控制芯片ml4812,uc3854等。本文在分析前两种功率因数校正方法 及其原理基础上，提出了在逆变器负载端并联功率因数校正整流器，实现提高功率因数的原理和方法。2 无源功率因数校正无源功率因数校正是在电路中接入lc滤波器，或在交流侧接入谐振滤波器;当负载为感性时，可在负载端并联电容器的方法提高功率因数。无源功率因数校正主要 优点是:简单、成本低、可靠、emi小，缺点是:尺寸与重量大、难以得到高功率因数、工作性能与频率、负载及输入电压有关[1]。对于逆变电源，一般情况 下，负载特性(阻抗，功率等)不可预知，要达到很高的功率因数，采用无源功率因数校正存在较大的困难。当负载为感性时，除了接入无源滤波器外，根据负载工作情况，在负载端并联不同容量的电容器不失为一种较好的解决方法。 给定条件:感性负载功率为p，功率因数为cosφ1，负载两端电压为u，要把功率因数提高到cosφ2，则所需补偿的并联电容c=p(tgφ1- tgφ2)/(2πfv2)，用电容的无功功率qc来表示其容量时，需并联电容器的无功功率qc=p(tgφ1- tgφ2) [2]。只要测出当前的功率因数角φ1和负载电压u、电流i的值，即可求得需要补偿的电容大小。3 常见的有源功率因数校正技术对于逆变电源，有源功率因数校正(apfc)通常是在整流器和逆变器之间接入ac-dc开关器件，常用乘法器控制方式，它有三种基本方法，即电流峰值控制、电流滞环控制以及平均电流控制法[1]。电流峰值控制法中，开关管在恒定时钟周期导通，当输入电流上升到基准电流时，开关管关断。取样电流来自开关电流或电感电流。可实现电流峰值控制的ic有ml4812，ml4819等。电流滞环控制法中，开关导通时电感电流上升，上升到上限阀值时，滞环比较器输出低电平，开关管关断，电感电流下降;下降到下限阀值时，开关管导通，电感电流上升，如此周期工作，取样电流来自电感电流。平均电流控制将电感电流信号与锯齿波信号相加。当两信号之和超过基准电流时，开关管断开，否则，开关管导通。取样电流来自实际输入电流。用于平均电流控制的ic有uc3854，tk83854，ml4821等。4 并联功率因数校正整流器对于逆变电源的有源功率因数校正，大多数常见方法通常需要检测负载电流以及输入电压，并计算功率因数、电流谐波及无功成分，从而产生参考信号来控制逆变 器。这种控制方法需要快速实时计算，因此要有高速微处理器以及高性能的a/d转换器。而一些有源滤波器需要乘法器，检测主电路电流、输入电压。这些方法在 经济性、复杂程度、稳定性方面不能使人满意。如图1所示的功率因数校正整流器与其他功率因素校正电路和方法相比，具有如下特点:图1 pfc主电路l v1, v2, v3, v4开关频率固定;l 不需要产生参考电流来控制逆变器，不需要乘法器和复杂的dsp;l 只需要一个主电路电流传感器，无需检测整流器输出电流及负载电流;l 功率因数接近1。l 全桥整流器采用固定频率pi控制，可在单极性或双极性模式下工作。工作在双极性模式下时，处在整流桥对角的两个vmosfet器件(v1，v3或v2，v4)在同一时刻关断或导通;而处在同一桥臂上的vmosfet器件(v1，v2或v3，v4)关断和导通时间相反。单极性模式下，在us0时，即在交流电源电压正半周，v3始终导通，v1、v2以设定的开关频率轮流导通或关断;而在us0时，即在交流 电压负半周，v4始终导通，v1、v2仍以设定的开关频率轮流导通或关断。这样，p、n两点间的电压upn(uo)波形如图2所示。因在交流电源电压的半 个周期内，upn只有一个极性(为非负或非正)，故称为单极性工作模式。图2 单极性模式下upn与uo波形图下面以单极性模式为例，对其控制原理进行分析。(1) us0时,lpfc的端电压ul＝us,(v1关断，v2导通);或ul= us－uo(v1导通，v2关断)。根据固定开关频率和准稳定状态分析，在一个开关周期ts(v1，v2轮流导通一次),电感的平均电压应趋于0，设一个 开