案例十四 有源功率因數(shù)校正裝置

1、案例十四 有源功率因數(shù)校正裝置概 述:隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)運(yùn)行。這些設(shè)備的輸入端一般是橋式整流和電容濾波電路，其二極管只有在輸入電壓大于直流輸出電壓時(shí)才導(dǎo)通，時(shí)間很短。因此，輸入電流是尖頂波，造成交流輸入電流嚴(yán)重畸變，由此產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)。 電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電線路過熱，影響電器的性能，并且產(chǎn)生電磁干擾，影響其他電子設(shè)備正常運(yùn)行。許多國(guó)家和組織制訂了限制用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用電設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波和功率因數(shù)都作了明確具體的限制。這就要求生產(chǎn)電力電子裝置的廠家必須采取措施來(lái)抑制其產(chǎn)品的諧波，提高功率因數(shù)。抑制諧波的傳統(tǒng)方法是采用無(wú)源校正，即在主

2、電路中串入無(wú)源LC濾波器。該方法雖然簡(jiǎn)單可靠，并且在穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾，但是，它有以下缺點(diǎn)：1、濾波效果與電網(wǎng)阻抗、頻率有關(guān)，動(dòng)態(tài)性能差。2、濾波元件可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。3、濾波要求越高，濾波器體積越大。 解決上述問題的有效方法是在整流橋與濾波電容之間加一級(jí)功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)。在電力電子設(shè)備中采用功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)，對(duì)于降低高次諧波電流對(duì)電網(wǎng)的干擾、提高設(shè)備效率、節(jié)約能源是十分必要的。有源功率因數(shù)校正技術(shù)(Active Power Filter Correction，簡(jiǎn)稱APFC或PFC)就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關(guān)，通過控制有源開關(guān)的通斷來(lái)強(qiáng)

3、迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近l的功率因數(shù)。目前，單相電路的PFC技術(shù)已經(jīng)成熟，三相PFC電路處于研制階段。有源功率因數(shù)校正電路的形式多種多樣，從原理上說，任何一種DC/DC變換電路都可用作PFC主電路。 圖7-6 升壓PFC電路 PFC的工作原理如下：輸出電壓Uo與基準(zhǔn)電壓Ur比較后，誤差信號(hào)經(jīng)電壓誤差放大器VA放大后送入乘法器，與全波整流電壓取樣信號(hào)相乘以后形成基準(zhǔn)電流信號(hào)?；鶞?zhǔn)電流信號(hào)與電流反饋信號(hào)相減，誤差信號(hào)經(jīng)電流誤差放大器CA后再與鋸齒波相比較形成PWM信號(hào)。然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制主電路開關(guān)S的通斷，使電流跟隨基準(zhǔn)電流信號(hào)變化。由于基準(zhǔn)電流信號(hào)同時(shí)受輸

4、入交流電壓和輸出直流電壓的控制，因此，當(dāng)電路的實(shí)際電流與基準(zhǔn)電流一致時(shí)，既能實(shí)現(xiàn)輸出電壓恒定，又能保證輸入電流為正弦波，并且與電網(wǎng)電壓同相，從而獲得接近于1的功率因數(shù)。 集成電路UC3854是美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的PFC控制專用器件，也是目前使用最多的一種PFC集成控制電路，用于控制圖7-6所示的PFC變換電路。它內(nèi)部集成了PFC控制電路所需要的所有功能，應(yīng)用時(shí)，只需增添少量的外圍電路，便可構(gòu)成完整的PFC控制電路。圖7-7給出了UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可見，UC3854包含：電壓放大器VA，模擬乘法/除法器M，電流放大器CA，固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)電路，7.5V基準(zhǔn)電壓等。其中模擬乘法/除法器M的輸出信號(hào)IM為基準(zhǔn)電流信號(hào)，它與乘法器的輸入電流IAC的關(guān)系為(與圖中IM=AB/C對(duì)應(yīng))： IM=IAC(UAO-1.5V) /K Urms2圖7-7 UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬，5kW以下的單相升壓PFC電路均可以采用該芯片作為控制器。圖7-8給出了輸出功率為250W時(shí)由UC3854構(gòu)成的PFC電路原理圖。輸出功率不同時(shí)，只需改變主電路中的電感Ll