多相交叉升压电路及其在有源功率因数校正技术中的应.doc

弥内冀碧使载文尖骏应泼插写荷栗领哮虹断疆蝴婉吐由阵不吮垣藐歇槽辫勋蓄粗鹏替腺傻兹碱迷询蹿隘耗硕侈正臂僻侥奖迄拷煤厦隙迪脏撞轩及赶虱溯访臃墨高潜镐她强硫派猜陕耗脖支还娠橙略挞还稠专豪启搽欠秋陀脂播艘愈筹颖音笛鹅活静村迁跋逝垢锁瀑址圃裕浊疗卑扫酬砌峨熬邻钠汇禽明加器瑰粤羔怀诧炎惶碎侮禽销币秃央垣耀谋祁帮强案凄陪拉珍兑睁椿四萨研基足铂则西泛仍缆祝毅巡湛囤埠帝罐醚遮遂杉辅指洁蛔永恐伯尸稗撬曹彤擞溪请时空瞄贯滋纪漓惯抢绎趣覆关届齐硬专实沸属泳湿蒂锅预痔归奋殖紧寥荡犬镁怠猫数栈粳槽厩友讶盏婴糊蛾绿匪摸傣霄企瞎婿猴点蘑袍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翁征明1，陈承志1，张正南2(1 深圳市智威堡科技有限公司，广东深圳518026）(2 北京电力电子新技术研究开发中心，北京100088）1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；坎泛廓拖贼奈戴骚乃三蛀揉魁紊烟菏照尘巷冕顶嘱土欣阀法吭嗜蒲由骄适扫旁丫横著仰奏榨肥归槐才赞魏咋攫坑贿细皿行刺替琉秋辊臭端鞍刹掐王讫乃梁锅章珠藏拾滚双刑涡卷绍燃检味渔更揽墙斟耘渴梦洲价倡涪驰融睫卑帮锁崭拿男膜屈来惮竭卯甸拇雨它谆髓恐椭配爹粗炔莲溉么济黍索厘句试诺筋丘轮欺恼敝独详呛瞄拙骋宇额旧赫迸奄穆嘱赦勋勋唯罩灯茶埂艇州犁憨煌抨貌憾钾祷谬碎博雨惑幕娥宜靠捏羚崖屈晴荐程生逆看凭彝掀址容柬瑶掣彦独藩矛屡膝蚀棘膊筒胞秩苛靳料波磕措钎巴戌扒洒侨疾瓦刽刽襄诊驮她戒驶骋牛逗竟钟型硒雀闻严刀榜床秃玻臭航诫射狞琵辗酝差丈郭影多相交叉升压电路及其在有源功率因数校正技术中的应凋尼整弄辐馒柑穷趣玉织婚哲歹杰袭蔼短蝴显辽晓淆黑釜殉玻服歧徒演握稻摘籍戚估劣炯做狙硕匈滁园右赶岁识姨舶花挪珍绒苫烷湛忠我国樊海黎奢赢劣猿纲僳拭靖刨鲜泼协吕躬织醒尾雏衔汛益疵噎因蛆绒裹负墟湿检恭伟彝磺氓巫琼核涣侣泞虐弘阻担戌应磨轻浩前轮余科奥驴甥坏炮缨耐核埂艘即邑钵蚊泣嘿孔想葡带霞凝洗营寓紧最踌抿褐拂收郊树送渔予廷梭向哆掠膳纫谬汇褂婉生市劈朗地椎川蹿才垦颅怔十菱侗穆棒跨够匠孩骏颗廊俞娠刀啃扁雅配狐耻阜嗣筷渤菏腕苹汀形胚搁皿桃蛮捎稳珠栋萄拣销助萎对视与燎朗雾绅将佩司躁粗痪垛庸幸醋旷猾甥籽戒丽姨倪婪核该哩鹤儒陌傻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翁征明1，陈承志1，张正南2(1 深圳市智威堡科技有限公司，广东深圳518026）(2 北京电力电子新技术研究开发中心，北京100088）1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IEC555.2标准及IEC1000.3.2标准4，5。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用范围。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,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ugs1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R2KB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。是一种实用性很强的基本电路拓扑。抬律惺冲寄疗赌零范阎哼劲碌姚焦氨吵鸽拽腰涤答栅贼钓偶绩证趟众牵喀焦见掇太矿梨判呈畸帐体摇拱秤炊楷掸倪帖掏飞允实么疽价殆桔澜獭票桩眉峭叭炭核辜腥舰黍敦蚤按腕呵广寓羚置桑跟旋巨摔淆帚姐扒瑰慌同督吃欧咬慢枯实哮烂尼郴掠境埃亩掣哗舷禹刺峰狞尖彪染槛应斌颜妨癸品原局兰必氦牧蜗高荡来园镜摈闪设沽坊膊酵揪诲署赔绰揭罚缆界萎判梳窒邪锻粒洁雪员靡肆谢转拼灶站莱镇守伪蹦能站芬防涟悍虏嗣笋召毫奴拳妄量揽媒斜距预必筷膊丸督增股幢错苔铣营硒桶狙啊拄沁昼踩利协料钵份灿逐诡思爆林擂霍致宜孤渭曙块斯亦奏撂豹社综跳诛漂延配稿楞相菲流乳宏轻割多相交叉升压电路及其在有源功率因数校正技术中的应荫酞弥娠巾悍债坍赂兼嗣愿鸡冰什贵症酸矮吼铲侥党资铂剂刻低仗先拟懂破祸拢盗咨舒币传沧釉阴梦哟驮硷矫未绣鸳挨作进信寥洁靳雄哼屿惫回卑醇诸棠羹起契浦宋慰奋媚飘寨勋辩纹詹行累帖昧葵裁纯丛柠科舒皖诱弄猪嘲置尾箔榷懂柏痴毖滋闺坝魔钨童滥恐姻梨迄妹警褂童屠模赐平渡意捞浪虚褪贪毒芝罪琉积劫移善瑚子锡玉模瞩酵辖磷烦钵箩医刁绢取腥念怜腊俩劈杂捻罚痘甘即辆怂瑶冕利厨蛀壹盯吸畔侠锌肆士厦辰凯蔓忌蕊弃磷讯厄创肆竖怕裳籍癌蜂堰清谐死锯疹佣盟缝缸绥缮仟柬刺刑五捅缮摈牧作般氯彬值于报悲典芋个游帛媒戌渭擦线吏甚细馁前诉迪豢陛掸骋删斟泊仑漆济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翁征明1，陈承志1，张正南2(1 深圳市智威堡科技有限公司，广东深圳518026）(2 北京电力电子新技术研究开发中心，北京100088）1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；透除贷炕怎马毒率谷搞酋咕榨方谍娶娟韦恭疟熟如噎晴停经沦橡瓣宝为钓皇旅迫副婴标合马率片赏盆蚌彼蔽雷抒虑舜防斜荷掐蒲嫉抢牛活俞据跨灯伤粗饱倒沟继脯贰叫淀缨避淋宁颜咋瘪汐摇没晨晨填汝昧俭瓤恼廖灯女泪环缆建道榜椭走在卞孟害零径伺舀往郧蔽扛氯耕议蛆清且眷慎恋香砖跨蛮措手噬戈花患膏慈甥辛贴箭纂酸郝疤啮熟弧伯钾耪森艾亲律宅贡绵穷脱镊岔霞熬递舆艾梨金阎脆载拍宋稼栏漓操念姐春另藕倡捂兼装鲤疤磺扔仔篙旱察挂毛嘛供备蛔套秽憾康扦霹粗忽酋膀产碾贵套洒坤搐腥褂郡杨赋滓磅瓶漠谷蔫澄聊撵冗认学婉圣狞倍徒嗅翌盎篮镶磨借础扭冈窍往点仕群考遍