图3.3 一种单级PFC变换器
图3.4 主要波形
3.2.3.1 电路的工作原理
a) 因为开关频率远大于交流输入电源的频率,所以假定在一个开关周期内为恒定值。在图中,为交流输入电压;为Boost电感;为中间储能电容的电容量;为变压器负载的电阻值;为开关管S的控制信号;为开关周期;为占空比。在一个开关周期中,电路的工作过程如下。
1) 状态1():S、和均导通,和截止,电源向电感充电,流过电感的电流线性增大,经向、和放电。S在时刻截止,此时电感中的电流为最大值,即
2)状态2[]:S、和截止,由于的存在,中的电流不能反向而为零,即也截止,仍导通,负载两端电压由、储能维持。
b) 输入电流分析
在状态1和状态2期间,Boost电感中的能量完全释放,根据磁通守恒原理有:
可得:
所以,在一个开关周期内平均输入电流为:
设,其中为输入电压的峰值,则:
式中:;
在单级PFC变换器中,输入电流在固定占空比下被分解为三角脉冲波,电流峰值将自动跟随输入电压。但是,这种通过电压跟随方式取得的电流波形并非理想的正弦波。由于Boost电感的放电时间受到的影响,因此平均输入电流有一定程度的畸变,单级PFC变换器的主要问题是,在使输入电流谐波满足IEC1000-3-2标准和快速调节输出电压的同时,降低电容两端电压和提高效率。文献综述
3.2.3.2 功率因数表达式
变换器的功率因数PF为变换器平均输入功率和视在功率之比,
易知:,
,其中
,
其中。
故变换器功率因数
可知,变换器功率因数与之间也存在一定的关系。
3.3 功率平衡电容的储能分析
3.3.1 功率平衡储能电容的不足
在功率因数校正(Power factor correction, PFC)变换器中,由于输入功率是脉动的,而输出功率是恒定的,因此需要储能电容来平衡瞬时输入功率和输出功率。电解电容具有耐压高、电容值大的特点,被广泛的用作PFC变换器的储能电容。但是:
a) 电解电容体积较大,影响了电源功率密度的进一步提高,因此必须减小储能电容容量以提高电源的功率密度。
b) 并且,电解电容的寿命通常只有几千个小时,严重影响了电源的长寿命要求。
因而须减小甚至去除电源中的电解电容,用其他电容替代电解电容,延长电源的寿命。
3.3.2 PFC储能电容计算分析
图3.5 两级式 PFC 变换器
图3.5是一个两级式AC/DC PFC变换器模块,不关注内部的拓扑和控制方式,将其看作“黑盒子”,研究储能电容的纹波电压与电容容值的关系。
为了分析方便,先作两个假设:
a) 输出电压纹波与其直流量相比很小; 来~自^优尔论+文.网www.youerw.com/
b) 所有器件均为理想元件,无损耗。
当输入功率因数为1时,模块的输入电压、输入电流、输入功率、输出功率的关系如图2所示。
定义PFC变换器的输入电压为:
(1)
其中是输入交流电压的角频率。
当输入功率因数为1时,输入电流可表示为:
(2)
由式(1)和(2)可以推出瞬时输入功率为: Saber有源储能电感变换器及其在PFC变换器中的应用研究(6):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_75372.html