基于全橋結(jié)構(gòu)的三相單級有源功率因數(shù)校正技術(shù)研究.pdf

1、有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)是抑制電流諧波、提高功率因數(shù)的有效方法。在中大功率領(lǐng)域，一般采用三相APFC技術(shù)，與傳統(tǒng)的三相兩級APFC相比，三相單級APFC具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要研究方向。目前，三相單級APFC技術(shù)在小功率領(lǐng)域的研究已經(jīng)比較成熟，而在中大功率領(lǐng)域的研究仍處于發(fā)展階段。在大功率場合，變換器一般采用全橋結(jié)構(gòu)，本文以一種基于隔離全橋Boost拓?fù)涞娜鄦渭堿PFC技術(shù)為研究課

2、題，對變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電壓尖峰、輸入電流諧波與死區(qū)、起動(dòng)與關(guān)機(jī)磁復(fù)位問題進(jìn)行了研究，并提出了一些新方法及思路。
　　提出了兩種基于隔離全橋Boost拓?fù)涞娜鄦渭堿PFC變換器。該變換器工作于電感電流斷續(xù)(DCM)模式，輸入電流峰值自動(dòng)跟蹤輸入電壓，在實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輸入輸出側(cè)的電氣隔離以及輸出直流電壓等級的調(diào)節(jié)；該變換器借鑒移相全橋電路的控制策略，在不增加任何輔助元器件的條件下，實(shí)現(xiàn)了上橋臂開關(guān)的零電流開關(guān)以及下橋

3、臂開關(guān)的零電壓開關(guān)。對該變換器的功率因數(shù)校正機(jī)理、升壓電感電流斷續(xù)條件、工作模態(tài)以及變壓器原邊電壓尖峰的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，為后面問題的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　原邊電壓尖峰的存在增加了各開關(guān)的電壓應(yīng)力，降低了變換器的可靠性，必須采取有效措施對其進(jìn)行抑制。結(jié)合所提出的APFC變換器的特點(diǎn)和電壓尖峰的產(chǎn)生機(jī)理，提出了兩種基于無源緩沖的電壓尖峰抑制方法(即并聯(lián)型和串聯(lián)型無源緩沖)。兩種緩沖電路均由電容、電感和二極管組成，利用連接在原邊

4、回路中的電容有效地吸收了電壓尖峰，利用電感與電容的諧振工作實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，將電容上的能量在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)轉(zhuǎn)移給負(fù)載。對兩種緩沖電路的具體工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并總結(jié)了緩沖電路各參數(shù)對開關(guān)器件電壓、電流應(yīng)力的影響規(guī)律，給出了各參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，緩沖電路的采用有效地抑制了原邊的電壓尖峰。
　　輸入電流波形質(zhì)量的高低是影響變換器功率因數(shù)校正效果的重要因素。本文推導(dǎo)了變換器輸入電流表達(dá)式，分析了輸入電流諧波含量的影響因素，

5、通過對諧波抑制方法的分析，最終采用了基于6次諧波注入的方法對變換器輸入電流諧波進(jìn)行抑制。通過對變換器理想和非理想條件下等效電路的分析，發(fā)現(xiàn)由于主電路中各開關(guān)管和二極管存在導(dǎo)通壓降，當(dāng)輸入電壓低于主電路壓降時(shí)，該相電流將出現(xiàn)死區(qū)，該死區(qū)隨著輸入電壓幅值的降低而增大。結(jié)合電路的工作原理，提出了一種死區(qū)補(bǔ)償策略，有效地消除了輸入電流的死區(qū)。
　　起動(dòng)與關(guān)機(jī)磁復(fù)位問題是影響隔離全橋 Boost拓?fù)淇煽啃缘闹匾蛩?，本文詳?xì)分析了占空比恒定

6、情況下變換器的起動(dòng)和升壓電感的關(guān)機(jī)磁復(fù)位過程以及起動(dòng)和磁復(fù)位時(shí)過壓、過流的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)合電路特點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)了一種在輸出濾波電容上串聯(lián)電阻以提升有效輸出電壓的方法來實(shí)現(xiàn)電路的起動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，利用帶中心抽頭和反激式繞組的電感代替原有升壓電感，提出了一種基于反激式模式的APFC變換器的起動(dòng)與關(guān)機(jī)磁復(fù)位策略，并設(shè)計(jì)了兩種分別針對采用并聯(lián)型和串聯(lián)型無源緩沖電路的APFC變換器的無損起動(dòng)以及升壓電感的關(guān)機(jī)磁復(fù)位方案，最后，對比穩(wěn)態(tài)特性，給出了該