三相整流器功率因數校正電路

根據電路輸入電壓的不同,功率因數校正電路主要分單相和三相兩大類?其單相功率因數校正電路目前在拓撲和控制方面已相當成熟?而三相功率因數校正電路由于應用極廣泛?工作機理比較復雜而成為近年來的研究熱點?

  與單相功率因數校正(FPC)整流裝置相比,三相PFC整流裝置具有許多優點

  ①輸入功率高,功率額定值可達幾千瓦以上

  ②雖然每相輸入功率包含兩倍于工頻的交變分量,但在三相平衡裝置中,三相輸入功率脈動部分的總和為零,輸入功率是一恒定值?這樣,輸出電容上無工頻紋波,可以使用容量較小的輸出電容,實現更快的輸出電壓動態響應調節?然而,三相PFC整流電路遇到的一個很大難題是三相之間的耦合?在單相不控整流電路中,如果負載等效為一個電阻,則輸入功率因數為1,但在三相不控整流電路中,即使負載等效為一個電阻,也不能獲得滿意的功率因數?原因在于三相不控整流電路中三相電壓通過AC/DC的不控整流橋互相耦合,不可能同時兼顧三相輸入電流,使任何一相輸入電流都不能獨立控制為正弦波形?為使三相輸入電流都為正弦波形,必須對三相輸入電壓進行解耦?近年來,用來提高三相整流電路功率因數的許多新拓撲被提出,從解耦的觀點看,這些三相有源功率因數校正電路拓撲可分為不解耦三相PFC?部分解耦三相PFC和全解耦三相PFC

  1.基本電源適配器三相PFC電路及問題

  基本三相PFC電路見圖5-18?它基本上是單相Boy斷聽續模式(DCM)PFC在三相上的延伸?它圖5-18基本三相PFC電路M sin(ol)+sin(2at√3M-3n(a+3)][MM sin(ot)sin(2al+RAM++2)M-sin(ot+(5-11)LF,√3M·3sin(o1)"≤ot≤(5-12)式中:F,U1的工作頻率;L—Boost電感

  D—占空比

  M—電壓增益?

  圖5-19顯出了M與諧波的關系?

  圖中,THD為總諧波含量:THD=VS(5-13)

  而功率因數A為:√+THD

  因此,為了桌上型電源適配器得到較高的功率因數,需增大電壓增益M.但過高的M,使得U太高,導致U及PFC的負載(變換器)開關功率器的電壓應力增大,增加了整機的成本及降低了整機的工作可靠性?這也是三相整流器功率因數校正電路還不能走向成熟的關鍵問題?

  2常見的幾種三相PFC

  近幾年來,出現了很多三相PFC,大部分是針對上述問題提出的,最常見的有

  ①基本PFC+波形控制?在基本的PFC控制電路中加入調制信號,在同一諧波含量下,可以降低M值,如圖5-19中的虛線結果?該方法其實沒有解決U>3Um問題

  ②Buck型PFC?圖5-20是Buck型PFC電路?它是基本Boost型的對偶電路,可以使Uk<3U?其缺點是:IU(Iv,Iw)的電流對稱取決于負載?負載電流越大,功率因數越高THD越小?再者就是對無極性電容Cu(Cv,Cw)的要求較高,其體積大,價格高(m30產本本本圖5-19電壓增益與諧波的關系圖5-20Buck型PFC電路

  ③其他基本組合型PFC?這種組合的PFC,由于其結構復雜目前只在小功率電源適配器PFC中有應用

  ④雙向開關型三相PFC?這是目前一種比較有發展前途的拓撲模型(如圖5-21所示),采用雙向開關結構本本本圖5-21雙向開關三相PFC拓撲模型率江面這種電路的優點是開關器件電壓值小,控制簡單,輸入電流連續?其輸出電壓為U=1.3366U(5-15)