《多相交叉升压电路及其在有源功率因数校正技术中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多相交叉升压电路及其在有源功率因数校正技术中的应用（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、多相交叉升压电路及其在多相交叉升压电路及其在 有源功率因数校正技术中的应用有源功率因数校正技术中的应用 翁征明翁征明 1 1，陈承志，陈承志 1 1，张正南，张正南 2 2 (1(1深圳市智威堡科技有限公司，广东深圳深圳市智威堡科技有限公司，广东深圳 518026518026） (2(2北京电力电子新技术研究开发中心，北京北京电力电子新技术研究开发中心，北京 100088100088） 摘要摘要：提出一种新的,已获专利的多相交叉升压电路拓扑(专利申请号 No.0025742600130365)。使用这种多相电路拓扑，可将电力电子产品的有源功率因数校正的输出功率扩展至 24kW，以满足 IEC1
2、00032 标准的规定。多相交叉升压式的有源功率因数校正技术具有输出功率大，电路简单，成本低等优点。对双端推挽式升压电路的主功率级和控制器做了分析，并给出了输出功率为 2kW 样机的实验结果。 关键词关键词：多相交叉；升压电路；有源功率因数校正；双端推挽式升压电路1 1 引言引言在脉宽调制技术上发展起来的高频变换技术大大提高了电能的变换效率；缩小了电力电子产品的体积；减轻了其重量；从而降低了能耗；节省了材料。但因为高频脉宽调制变换技术大多采用电容滤波型整流电路（输入电流受滤波电容的影响为脉冲状态，如图 1 所示），所以功率因数低、输入电流谐波成分大，是公用电网中最主要的谐波源，对电力系统造成很
3、大危害1。随着诸如开关电源、电子镇流器、电机变频调速装置及家用电器等大量电力电子产品的应用，电力系统出现了日趋严重的高次谐波电流污染问题2。另外大多数电力电子产品的功率因数低,这样就给电网带来额外的负担,造成零线发热，影响供电质量。同时还增加了用户的电费3。抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术所面临的一个重大课题,正在受到越来越多的关注。功率因数的提高不仅可抑制电网谐波，同时还可以降低输入电流及所消耗的功率，提高电网效率，改善电磁兼容性（EMC）。世界上许多国家和国际组织都对电力电子产品的功率因数及谐波成分作了限制。其中较有影响的是 IEC5552 标准及 IEC100032 标准4，5。
4、我国也于 1984 年和 1993 年分别制定了限制谐波的规定和国家标准6。为了使电力电子产品的功率因数及谐波成分满足上述的规定和标准，可在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，使输入电流为正弦波，从而提高功率因数，这就是有源功率因数校正技术。在用于功率因数校正的功率变换电路中，最常采用的是升压式电路。尤其是在小功率（几十瓦至上千瓦）的电力电子产品中，采用升压式的有源功率因数校正技术可使交流输入电流与交流输入电压保持同相位，使功率因数接近于 11。但由于这种简单的传统升压式电路为单端电路拓扑，一般只适用于对输出功率为几十瓦至 1 千瓦左右的小功率电力电子产品进行有源功率因数
5、校正，应用范围受到很大的局限。尽管在诸如分布式通讯电源等一些产品中，可通过电源模块的并联来实现较大功率的输出7。但必须对各并联模块进行较为复杂的均流控制，因此成本高，电路复杂。本文所提出的多相交叉升压电路是一种新的,已获专利的多相升压电路拓扑(专利申请号 No.0025742600130365)。在有源功率因数校正技术中使用这种多相交叉升压电路拓扑，只需对控制电路做很小的改变，就可将采用有源功率因数校正的电力电子产品的输出功率扩展至 23kW 以上。多相交叉升压式的有源功率因数校正技术具有输出功率大，电路简单，成本低等优点。这种新电路拓扑的采用大大扩展了有源功率因数校正技术在电力电子产品中的应
6、用范围。2 2 多相交叉升压电路的几种基本拓扑结构多相交叉升压电路的几种基本拓扑结构多相交叉升压电路为多端电路拓扑，既可以做成双端的推挽式（即二路交叉移相），也可以做成三端式（即三路交叉移相）以及四路，五路直至 N 路（N2，整数）。从实用的角度来看，2 路将会得到较广泛的应用。图 2 为推挽式升压电路拓扑。从图 2 可看出，它与图 1 所示的传统的单端式升压电路不同,推挽式升压电路由两路完全相同的单端升压电路并联组成。由两组相位相差 180的驱动信号分别去驱动功率开关器件 S1、S2，使两路交叉导通。通过调节驱动信号的占空比，可在一定范围内调节输出电压。如采用同样容量的功率开关器件，其输出功
7、率为单端式升压电路的 2 倍。图 3 为双路并联推挽式升压电路拓扑。由两路推挽式升压电路直接并联，共用输入整流电路和输出电容。如采用同样容量的功率开关器件，其输出功率为单端式升压电路的 4 倍。只要驱动容量足够，可用同一组推挽的脉冲信号来驱动相应的 4 只功率开关器件。 多相交叉升压电路既可应用于单相交流电源的有源功率因数校正，也可应用于三相交流电源的有源功率因数校正。图 4 为由 3 个单相推挽式升压电路组成的三相推挽式升压电路拓扑。3 3 多路交叉移相升压电路的工作原理多路交叉移相升压电路的工作原理推挽式升压电路是最简单，也是最基本的多路交叉移相式升压电路。以下是对推挽式升压开关电路工作原
8、理的叙述。其它多路交叉移相式升压电路拓扑结构如双路并联推挽式升压电路等可在此基础上推出。图 2 所示的推挽式升压开关电路可看作由两路输入端和输出端并联连接的单端式升压子电路组成。这两路单端式升压子电路分别由功率开关器件 S1、电感 L1、二极管 VD1 和功率开关器件 S2、电感 L2、二极管 VD2 组成。图 5 为推挽式升压电路的各点波形图。交流输入 u 经全波整流后的电压 ud 加到推挽式升压电路的输入端。由有源功率因数校正控制驱动电路提供的两组相位相差 180的驱动信号 ugs1 和 ugs2 分别驱动功率开关器件 S1、S2，使两路交叉导通。从图 5中可看出,与通常单端式升压电路不同
9、,推挽式升压电路的输出电压是由两个完全相同的波形相移 180叠加而成。其输出功率可扩展为单端式升压电路的 2 倍。 图 3 所示的双路并联推挽式升压电路由图 2 所示的两组推挽式升压有源功率因数校正电路直接并联组成。由两组相位相差 180的驱动信号 ugs1 和 ugs2 分别去驱动双路并联的推挽式升压电路中功率开关器件 S1、S3 和 S2、S4，使双路并联推挽式升压电路中功率开关器件 S1 和 S3分别与 S2 和 S4 交叉导通。双路并联推挽式升压电路的各点波形与推挽式升压电路的基本相同。其输出功率可扩展为单端式升压电路的 4 倍。图 4 所示的三相有源功率因数校正电路拓扑中每一相所对应
10、的推挽式升压电路的工作原理及相应各点的波形与单相推挽式升压电路的相同。双端推挽式升压有源功率因数校正控制及驱动电路原理图如图 6 所示，由推挽式升压主电路和有源功率因数校正控制驱动电路组成。图中虚线框内为推挽式升压有源功率因数校正的专用控制电路，该电路由有源功率因数校正专用集成电路，分频器及驱动器组成。功率因数校正控制电路可采用任意一种有源功率因数校正专用集成电路，例如 UC3854、MC34261、ML4812、TDA4814、CS3810 等3，8。由有源功率因数校正专用集成电路输出的脉宽调制信号经分频器给出两组相位相差 180的脉冲信号，使驱动器提供两组相位相差 180的驱动信号 ugs
11、1 和 ugs2 分别驱动功率开关器件 S1、S2，使两路开关即两路升压电路交叉导通。 4 4 主电路实验结果的分析主电路实验结果的分析实验采用最简单，最基本的多相交叉式升压电路双端推挽升压式的电路。实验条件如下：主电路功率开关器件采用 IR 的功率 MOSFETIRFP460，耐压 500V，最大电流 20A。对应输出功率1kW，由 2 个主功率开关器件交叉组成。2 个电感分别为 1mH，采用材料为 R2KB 的 EE40 磁芯，电感中流过的电流为 4A。对应输出功率 2kW 的电路，2 个主功率开关器件分别由 4 个 IRFP460并联组成，2 个电感分别为 0.5mH，采用材料为 R2K
12、B 的 EE55 磁芯，电感中流过的电流为 8A。对应输出功率 4kW 的电路，2 个主功率开关器件分别由 8 个 IRFP460 并联组成，2 个电感分别为0.25mH，采用材料为 R2KB 的 EE65B 磁芯，电感中流过的电流为 16A。每路的开关频率为 fs=100kHz。推挽升压式电路的控制及驱动由 PWM 专用集成电路 SG3525 的两路输出经射随功放器来完成。图7 为双端推挽升压式控制及驱动实验电路图。5 5 结语结语双端推挽升压式电路的实验结果表明本电路适用于 24kW 电力电子产品的有源功率因数校正。具有成本低，控制电路简单的优点。同时减少了输出直流电压的脉动。是一种实用性
13、很强的基本电路拓扑。 参参 考考 文文 献献1 Thomas Key, et al.Costs and Benefits of Harmonic Current Reduction for Switch mode Power Supplies in a Commercial Office BuildingC.IEEE IAS Annual Meeting.Orlando,FL,1995.2 吴 竞 昌 .电 能 系 统 谐 波 M.北 京 ： 水 利 电 力 出 版 社 ，1998.3 王 兆 安 ， 杨 君 .谐 波 抑 制 和 无 功 功 率 补 偿 M.机 械 工 业 出版 社 ， 19
14、98.4 IEEE Std. 519-1992, IEEE recommended practices and requirements for harmonic control in electric power systemsS.1993.5 IEC Sub committee 77A report. Disturbances caused by equipment connected to the public low voltage supply system. Part 2:HarmonicsS.1990 (Revised draft of IEC555-2).6 中 国 国 家 标 准 GB/T 14549-93,电 能 质 量 公 有 电 网 谐 波 S.中 国 标 准 出 版 社 ， 1994.7 Mark Jordan. UNITRODE APPLICATION NOTE U-129,UC3907 Load Share IC Simplifies Parallel Power Supply DesignM.8 Philip C Todo. UNITRODE APPLICATION NOTE U-134,UC3854 Controlled Power Factor Correction Circuit DesignM.
