摘要摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，節(jié)約能源、保護環(huán)境己被社會各界所重視。高頻開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展所帶來的“20KHZ電源技術(shù)革命”，使其在許多工業(yè)電源領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。然而開關(guān)電源的大量使用，尤其是大功率開關(guān)電源的應(yīng)用，給電網(wǎng)帶來了電磁污染的問題，制造了大量的高次諧波和電磁干擾EMI，這一點是與近年來電力電子學(xué)界提出的“綠色電源”涵義相違背的本課題以逆變器輔助開關(guān)電源作為研究對象，分析了造成上述問題的主要原因，其一是開關(guān)電源的輸入端采用二極管整流，后接較大的濾波電容，導(dǎo)致輸入電流為一很窄的脈沖波，其中含有豐富的諧波分量其二是由于電源采用了硬開關(guān)的開關(guān)工作模式，這使得在高頻的開關(guān)速度下，電路中的D訂DT和D田DT增大，從而導(dǎo)致了對周圍環(huán)境的電磁干擾的增大。減少開關(guān)電源對環(huán)境的電磁污染，一是進行功率因數(shù)校正PFC二是采用軟開關(guān)的開關(guān)工作模式，軟開關(guān)使電源在工作過程中的D訂DT和D山DI較硬開關(guān)時大大降低，從而使EMI的問題得以解決。本文正是在上述分析的基礎(chǔ)上，著眼于原開關(guān)電源的EMI和主要損耗，在原有電路的基礎(chǔ)上做了一些改進。主要包括1、功率因數(shù)校正PFC方面，采用無源PFC技術(shù)中的一種逐流技術(shù)，進一步減少了開關(guān)電源的對電網(wǎng)的諧波污染2、開關(guān)模式方面，采用軟開關(guān)中的有源鉗位軟開關(guān)代替原來的硬開關(guān)，很好地解決硬開關(guān)模式下的種種弊端。本文對每個改進環(huán)節(jié)都進行了具體的仿真分析和實驗，驗證了改進思路的可行性及其對減少環(huán)境污染，提高電源效率的有效性。關(guān)鍵詞開關(guān)電源陣C軟開關(guān)大連交通大學(xué)T學(xué)碩十學(xué)位論文ABSTRACTALONGWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMYANDTHEPROGRESSOFSCIENCEANDTOCHNOLOGY，SAVINGTHEENERGYAJ1DPROTECTINGTHEENVIRONMENTHAVEBEENPAYMOREATTENIIONTOBYALLCIRCLESOFTHESOCIETY“THETECHNOLOGICAIREVOLUTIONOF20KHZPOWERSUPP1Y，BROUGHTBYTHEDEVEIOPMENTOFTHEHIGHFREQUENCYS儷TCHINGPOWERS叩PLYTECHOOLOGY，MAKESIT誡DESPRE目APPLICATIONAND哪IDDEVELOPMENTINMANYINDUS頤ESPOWERSUPPLYDOM苗NHOWEVERTHEMASSIVEUSEOFSWITCHINGPOWERSUPPLY，ESPECIALLYTHEHIGHPOWERS儷TCHINGPOWERSUPPLY，HASBROUGHTTHEELECTROMAGNETISMPOLLUTIONTOPOWERSYSTEM，HASMADEALARGEAMOUNTHJGHERHARMONICSANDELECTRONMAGETICIN1ERI免RENCEEMI，THISPOINTVIOLATESTHECONNOTATIONOF，THEGREENPOWERSOURCE，WHICHWASPROPOSEDBYTHEPOWERELECTRONICSCIRCIESRECENTLYTHETOPICTAKESTHEAUXILIAJYSWITCHINGPOWERSUPP1YOFINVERTERASTHERESEARCHOBJECTTHEMAINREASONOFM雨NGABOVEPROBLEMSISDISCUSSED，ONEISTHENO川INEARRECTIFIER誡THABU1KYCAPACITORINTHEINPUTSTAGEOFSWITCHINGPOWERSUPP1Y，WHICHLEADSTOANA汀OWPULSE陰DRICHHARLLLO苗CSTHEOTHERISTHEHARDSWITCHINGWORKMODE，THISMAKESD口DTANDD側(cè)DTINCIRC山TINCRE王姆DUNDERTHEHIGHFREQUENCYS側(cè)TCHING一SPEED，即CORDINGLYMAKESTHEEMLTOENV】RONMENTINCREASETODECRE議THESWI1CHINGPOWERSUPP1YELEETROMAGNETISMPOLLUTIONTOENVLRONMENI，ONEWAYISCARRYINGONTHEPOWERFACT0RCOTIONPFCTHEOTHERWAYISUSINGTHESOFT一SWITCHINGWORKMODE，THESOFTSWITCHINGCOMPAREDWITHHAJ月SWITCHINGMAKESD砂DT明DDU/DTGREATLYREDUCEDURINGTHEWORKPROGRESS，THUSITENABLESEMLTOBESOLVEDBASINGONTHEABOVEANA1YSISANDFOCUSINGONTHEEMIANDMAM1OSEOFSWITEHINGPOWERSUPPLY，THETHESISHASMADESOME而PROVEMENTSBASEDONTHEORIGINALELECTRICCIRCULTMALNLYINCLUDES1，THEASPECTOFPOWER放TORC價CTIONPFC，USINGONEKINDOFTHEPASSIVEPFCTECHAOLOGIE一HASE一FLOWSTECHNOLOGY，ITREDUCE，THEPOLLUTION，TOPOWERSYSTEM2，THE韶伴CTOFS誠TEHINGMODE，USINGTHE堿IVECLAMPSOFT一5側(cè)TCHINGINTHESOFT一SWITEHINGTO此PL韶ETHEORIGINALHARD一SWITE衍NGSOLVESKINDSOFDISADVAN1AGEUNDERHARDSWITCHINGMODEWELLT五ETHESISGIVESCONCRETES誦U1ATIONANALYSISANDEXPERIMENTTOEVERYIMPROVEMENTSTEP，THECONC1USIONVERIFIEDTHEFEASIBILITYOFTHEIMPROVEDTHOUGHTSANDTHEVALIDITYOFREDUCINGTHEENVIRONMENTALPOL1UTIONANDENHANCINGTHEPOWEREFFICIENCYOFITK叮WORDS5釗ITCHINGPOWERSUPP扮PFC緒論緒論開關(guān)穩(wěn)壓電源以下簡稱開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，它的研究開發(fā)和生產(chǎn)是從上世紀(jì)七十年代興起的，1955年美國羅耶GHROGER發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國的查賽JENSEN發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，在1964年美國的科學(xué)家們提出了取消工頻變壓器的開關(guān)電源的設(shè)想。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開關(guān)電源，這一電源的問世，在世界各國引起了強烈的反響，從此對開關(guān)電源的研究成了國際會議的熱門課題115，7司40多年前，開關(guān)電源在很多領(lǐng)域取代了晶體管線性穩(wěn)壓電源，使開關(guān)電源從此有了飛速的發(fā)展。最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。應(yīng)用脈寬調(diào)制PWM或脈沖頻率調(diào)制PF峋技術(shù)控制開關(guān)變換器，組成電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，統(tǒng)稱為PWM開關(guān)電源，早期其效率可達(dá)65一70嘆線性電源的效率只有30一礴。，在當(dāng)時處于世界性能源危機的年代里，這一點引起了人們的廣泛關(guān)注，由于用工作頻率為20K】七的PWM開關(guān)電源代替工作于工頻的線性穩(wěn)壓電源，可大幅度節(jié)約能源，這一轉(zhuǎn)變對緩解當(dāng)時的能源危機起到了積極的作用，被譽為是電源技術(shù)發(fā)展史上的20KHZ革命?，F(xiàn)在，開關(guān)電源己經(jīng)在各種整機產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展速度是驚人的。40多年來，開關(guān)電源技術(shù)有了飛迅發(fā)展和變化，經(jīng)歷了功率半導(dǎo)體器件、高頻化和軟開關(guān)技術(shù)、開關(guān)電源系統(tǒng)的集成技術(shù)三個發(fā)展階段。功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件BJT、SCR、GTO發(fā)展為MOS型器件功率MOSFET、IOBT、IOCT等，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單IJ317。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去二十年國際電力電子界研究的熱點之一。上世紀(jì)九十年代中期，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊IPEM技術(shù)開始發(fā)展，如今這些技術(shù)己經(jīng)成為當(dāng)今國際電力電子界巫待解決的新問題之一。電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入八十年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入九十年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電力檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都己廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。大連交通大學(xué)工學(xué)碩十學(xué)位論文電源技術(shù)發(fā)展到今天，己融匯了電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、計算機、電磁兼容、熱工等諸多技術(shù)領(lǐng)域的精華，已從多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科成長為獨樹一幟的功率電子學(xué)。1開關(guān)電源的分類P,121人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)己實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并己得到用戶的認(rèn)可，但一次電源AC/DC，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到了較為復(fù)雜的技術(shù)問題和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。1DC/DC變換DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式T,不變，改變TON通用，二是頻率調(diào)制方式，TW不變，改變TS易產(chǎn)生干擾。其具體的電路由以下幾類BUCK電路降壓斬波器，其輸出平均電壓UO小于輸入電壓UI，極性相同BOOST電路升壓斬波器，其輸出平均電壓UO大于輸入電壓UI，極性相同BUCKBOOST電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓UO大于或小于輸入電壓UI，極性相反，電感傳輸CUK電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓UO大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W,600W,800W等，相應(yīng)的功率密度為62,10,17W/CM3，效率為8090。日本NEMICLAMBDA公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為200300KHZ，功率密度已達(dá)到27W/CM3，采用同步整流器MOSFET代替肖特基二極管，使整個電路效率提高到9002AC/DC變換AC心C變換是將交流變換為直流，其功率電流流向可以是雙向的，功率電流流向負(fù)載的稱為“整流”，功率電流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60HZ的交流電，必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)如UL,CCEE等及EMC指令的限制如IEC,、FCC,CSA，交緒論流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC心C電源體積的進一步小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC心C變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。AC刃C變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。3電路結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)有多種0按驅(qū)動方式分，有自勵式和他勵式按DCOC變換器的工作方式分，有單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式、降壓式、升壓式和升降壓式等按電路組成分，有脈寬調(diào)制式PWM式、脈沖頻率調(diào)制PF均式和PWM與PFM混合式按電路組成分，有諧振型和非諧振型按電源是否隔離和反饋控制信號禍合方式分，有隔離式、非隔離式和變壓器禍合式、光藕禍合式等。1課題研究的目的和意義經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，節(jié)約能源、保護環(huán)境己被社會各界所重視。種種跡象表明，中國已成為世界第一的煤炭、鋼鐵、銅消費大國，繼美國之后的世界第二的石油和電力消費大國。經(jīng)濟的快速發(fā)展，使得我國在主要能源和初級產(chǎn)品的供求格局上發(fā)生了較大變化，資源對經(jīng)濟發(fā)展的制約作用開始顯現(xiàn)，并有愈演愈烈的趨勢。電源是節(jié)約能源的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過電力電子和電源技術(shù)處理之后的電力供應(yīng)，節(jié)能效果明顯。因此節(jié)約電能不僅減緩了不可再生的一次性能源如煤炭、石油的消耗，而且在一定程度上減少了對環(huán)境造成的污染。電源產(chǎn)品的小型化還可以節(jié)約大量的銅、鐵等原材料。本課題正是以當(dāng)前我們面臨的能源相對短缺，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的最大的實際和近年來電力電子界提出的“綠色電源”作為出發(fā)點，針對現(xiàn)實生活中各領(lǐng)域使用開關(guān)電源時所造成的能源損耗和對環(huán)境造成的污染而提出的。目的在于通過對原有電路的一些改進，使得改進后的開關(guān)電源與原來的開關(guān)電源相比，不僅在對環(huán)境造成的諧波污染方面有明顯的改善，而且在減少開關(guān)損耗方面也有顯著的提高。大連交通大學(xué)工學(xué)碩十學(xué)位論文3課題研究所做的主要工作本課題分析了原有逆變器輔助開關(guān)電源功率因數(shù)低和開關(guān)損耗大的原因，一方面闡述了功率因數(shù)校正的基本原理、分類和優(yōu)缺點另一方面闡述了開關(guān)模式的種類和優(yōu)缺點。具體包括以下幾個方面I功率因數(shù)校正方面的理論分析著重闡述了逐流技術(shù)的工作過程，分析了原開關(guān)電源功率因數(shù)低的原因，并通過PSPICE仿真和具體實驗進行了驗證，說明了逐流技術(shù)在改善功率因數(shù)方面起的作用2開關(guān)模式方面的理論分析。著重闡述了軟開關(guān)工作的基本原理和有源鉗位軟開關(guān)的工作過程，分析了原開關(guān)電源采用硬開關(guān)損耗大的原因，并通過PSPICE仿真和具體實驗進行了驗證3開關(guān)電源功率變換主電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要元器件參數(shù)設(shè)計。其中包括輸入和輸出整流濾波電路、高頻變壓器等主要部分的器件選擇和參數(shù)計算。第一章原開關(guān)電源的電路分析第一章原開關(guān)電源的電路分析本課題涉及的原開關(guān)電源是逆變器輔助開關(guān)電源，通過本章后面對其電路的具體分析我們得出它的組成結(jié)構(gòu)是一種很普遍、很有代表性的開關(guān)電源電路單端反激式開關(guān)電源電路。為了能夠達(dá)到課題所提出的目的和要求，首先要對原逆變器輔助開關(guān)電源要改進的部分做必要的分析，同時對改進過程中可能涉及到的一些元器件參數(shù)進行必要的計算。11原開關(guān)電源整流及濾波電路的分析圖11整流及濾波電路原理框圖FIG1IBLOCKDI剮夢別舊OFRECTIFIERANDFILTERCIREUITS如圖11所示，原開關(guān)電源的整流電路為三相橋式不可控整流濾波電路。圖中R13為限流電阻，RLL和R12為均壓電阻，濾波電路為最簡單的無源濾波電路。這種電路的一個最致命的弱點是輸入電流波形為尖脈沖，導(dǎo)致功率因數(shù)低下，一般為045075，而且通過傅立葉分析可知其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波的95，五次諧波幅度約為基波幅度的70，七次諧波幅度約為基波幅度的45，九次諧波幅度約為基波幅度的2511鄧一231。由上面的數(shù)據(jù)可知，輸入電流中除了含有基波成分外，還含有豐富的奇次高次諧波成分，這些高次諧波倒流入電網(wǎng)，將會引起嚴(yán)重的諧波“污染”，造成嚴(yán)重的危害。其主要危害有I產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，反過來使電網(wǎng)電壓波形也發(fā)生畸變，影響各種電氣設(shè)備的正常工作2諧波影響用電設(shè)備。例如，諧波可能使白熾燈工作在較高的電壓下，這將導(dǎo)致燈絲工作溫度過高，縮短其使用壽命大連交通大學(xué)學(xué)碩十學(xué)位論文3造成輸電線路故障，使變電設(shè)備損壞4諧波會使測量儀器附加諧波誤差，使儀表的工作電壓和電流不再是正弦波，影響測量精度5諧波還會對通信電路造成干擾，影響信號的傳輸。由于諧波的危害日益嚴(yán)重，世界各國都對諧波問題予以了充分的重視，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，如國際電工委員會INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSIONIEC，歐洲電I技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會EUROPEANCOMMITTEEFORELECTROTECHNICALSTANDARDIZATIONCENELEC和美國的國際電氣電子工程師協(xié)會INSTITUTEOFELECTRICAL繞組W5得到的15V給逆變器下橋臂三個IGBT的柵極提供驅(qū)動電源繞組W6和W7得到的士15V作為控制板上運算放大器和主電路上傳感器的偏置電壓繞組W8得到的12V供給冷卻風(fēng)扇和控制板上的光禍以及繼電器繞組W9整流濾波后得到的高頻直流電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后供給控制板W10為反饋繞組，用于給UC3842提供反饋工作電壓。MOS管柵極回路接入兩個不同阻值的控制開通和關(guān)斷的柵極電阻，以減少高頻噪聲。這主要是因為MOS管的開通速度與產(chǎn)生高頻噪聲電磁干擾有關(guān)。在初級線圈WL采用由齊納二極管D5和阻斷二極管D6組成的鉗位電路，主要的目的是為了限制快速開關(guān)過程中由于變壓器漏感引起的電壓尖峰以保護MOS管在UC3842的4腳處增加一個三極管的主要作用是進行斜坡補償，以防止UC3842工作的不穩(wěn)定性和保證UC3842在確定的條件下發(fā)揮出優(yōu)良的性能。傳統(tǒng)的開關(guān)電源普遍采用電壓型PWM技術(shù)，而近年電流型PWM技術(shù)得到了飛速發(fā)展。相比單電壓閉環(huán)控制的電壓型PWM，電流型PWM采用電壓和電流雙閉環(huán)控制，具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性也得以明顯改善，特別是其內(nèi)在的限流能力和并聯(lián)均流能力使控制電路變得簡單可靠。本課題所涉及的原開關(guān)電源所采用的就是UNITRODE公司出品的電流型PWM控制器的典型代表一UC3842第一章原開關(guān)電源的電路分析其最大優(yōu)點是外接元件少，外電路裝配簡單，成本非常低廉，適用于201OOW小功率開關(guān)電源。UC3842內(nèi)部基本功能框圖如圖13所示124IC二CIT1DJ藝護?？廴湛谡J(rèn)W巧舊W岌泣P釗MLR110。E1,11A17110。E34I一壓71IB,、攀二1,二皇I311D13、E13L玉330W11E13N7F,R1071“刁口1IKIRPJ4103MG11一口斷一E1,ILL1JIKIIIMLLIU一N門CME107SD,一”一1川川月3,創(chuàng)巧認(rèn)匆二叨陰協(xié)呼巨巨圖】2原開關(guān)電源電路原理圖FIG12DIAGRAMOFTHEORIGINALSWITCHINGPOWERSUPPLY其各管腳功能簡介如下L腳COMP內(nèi)部誤差放大器E/A的輸出端。通常此腳與2腳之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響2腳FEEDBACK反饋電壓輸入端。此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓一般為十25V進行比較，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度大連交通大學(xué)T學(xué)碩十學(xué)位論文3腳ISENSESE電流檢測輸入端。在所驅(qū)動功率開關(guān)管如MOS管的源極串接一個小阻值的取樣電阻RS至公共端，將變壓器的原邊電流轉(zhuǎn)換成電壓4腳R丁/CT一定時端。通過外接定時電容CT和定時電阻璐形成鋸齒波振蕩器，來限定器件工作頻率5腳GND一一接地端6腳OUT驅(qū)動脈沖的輸出端。用于驅(qū)動功率開關(guān)管，此腳為圖騰柱式輸出，有利于開關(guān)管的關(guān)斷，最大輸出電流的瞬時峰值可達(dá)為士IA，平均電流為200N1A輸出電I電源地饋輸入電流檢測鉚少子卜N輸入圖13UC3842內(nèi)部基本功能框圖FIG13BLOCKDI司歹ANLOFUC3842，SINTERNA】BASICFUNCLION7腳VCC電源電壓供給端它的工作電壓可以在I0一36V的范圍內(nèi)都能正常工作8腳V鄺廠一一基準(zhǔn)電壓5V輸出端，該基準(zhǔn)電壓除了供給UC3842內(nèi)部用電外，還可以向外供應(yīng)出來20MA的電流。從圖13和管腳功能可知，振蕩器振蕩的頻率是由定時電容CT和定時電阻斑共同決定的。充電時間加放電時間就是它的振蕩周期，周期的倒數(shù)就是它的頻率F，所以根據(jù)近似計算公式F一上蘭一CTXRT21可得，原開關(guān)電源的工作頻率為F383KHZ，其中由圖12可知R戶10K，CT4700PF。第一章原開關(guān)電源的電路分析13原開關(guān)電源開關(guān)模式分析從圖12中可以看出，與傳統(tǒng)的直流變換器一樣，本課題所涉及原開關(guān)電源的開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)。如圖14所示，由于開關(guān)管不是理想器件，在開通時開關(guān)管的電壓不是立即下降到零，而是有一個下降時間，同時它的電流也不是立即上升到負(fù)載電流，也有一個上升時間。在這一段時間里，電流和電壓有一個交疊區(qū)，產(chǎn)生損耗，這種損耗稱為開通損耗TUMONLOSS。同理，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，開關(guān)管的電壓不是立即從零上升到電源電壓，也有一個上升時間，同時它的電流也不是立即下降到零，也有一個下降時間，在這段時間里，電流和電壓也有一個交疊區(qū)域，產(chǎn)生損耗，這種損耗成為關(guān)斷損耗TURNOFFLOSS。上述兩種損耗統(tǒng)稱為開關(guān)損耗SWITEHINGLOSS1271。在一定的條件加在開關(guān)管上的電壓和電流值一定下，開關(guān)管在每個開關(guān)周期中的開關(guān)損耗是恒定的，變換器總的開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比，開關(guān)頻率越高，總的開關(guān)損耗就越大，變換器的效率越低正因為上述損耗的存在限制了變換器開關(guān)頻率的提高，從而限制了變換器的小型化和輕型化。矛19剛溉轟圖14硬開關(guān)下的電壓電流波形FIGL4THEWAVEFORMOFVO】加唱EANDCUNNTUNDERHARD一SWI沈HING除了開關(guān)損耗大的缺陷外，硬開關(guān)的工作模式還有以下的缺陷L感性關(guān)斷問題電路中難免存在感性元件引線電感、變壓器漏感等寄生電感或?qū)嶓w電感，當(dāng)開關(guān)器件關(guān)斷時，由于通過該感性元件的DI/DT很大，感應(yīng)出很高的尖峰電壓加在開關(guān)器件兩端，易造成電壓擊穿2容性開通問題當(dāng)開關(guān)器件在很高的電壓下開通時，儲藏在開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將全部耗散在該開關(guān)器件內(nèi)，引起開關(guān)器件過熱損壞大連交通大學(xué)工學(xué)碩十學(xué)位論文3二極管反向恢復(fù)問題二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r存在著反向恢復(fù)期，在此期間內(nèi)，二極管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，若立即開通與其串聯(lián)的開關(guān)器件，容易造成直流電源瞬間短路，產(chǎn)生很大的沖擊電流，輕則引起該開關(guān)器件和二極管功耗急劇增加，重則致其損壞。LLG剛LLD知圖15軟開關(guān)下的電壓電流波形FIG15THEWAVEFORMOFVOLTAGEANDCURRENTUNDERSOFTSWITCHING克服以上缺陷的有效辦法就是采用軟開關(guān)技術(shù)。如圖15所示，最理想的軟開通過程是電壓先下降到零后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零。另外，因器件開通前電壓已下降到零，器件結(jié)電容上的電壓亦為零，故解決了容性開通問題，這意味著二極管已經(jīng)截止，其反向恢復(fù)過程結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問題亦不復(fù)存在。最理想的軟關(guān)斷過程是電流先下降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流己下降到零，即線路電感中電流亦為零，所以感性關(guān)斷問題得以解決。由此可見，軟開關(guān)技術(shù)可以解決硬開關(guān)PWM變換器的開關(guān)損耗問題、容性開通問題、感性關(guān)斷問題、二極管反向恢復(fù)問題，同時也能解決由硬開關(guān)引起的EMI問題。14原開關(guān)電源變壓器相關(guān)參數(shù)分析141原變壓器磁芯的工作狀態(tài)不同的高頻開關(guān)電源變換器電路，輸入高頻開關(guān)電源變壓器的波形不同，磁芯的工作狀態(tài)也不相同，通常磁芯的工作狀態(tài)可分為兩大類121，一類是雙極性的，這一類型的變壓器初級繞組在一個周期的正半周和負(fù)半周中，加上一個幅值和導(dǎo)通脈寬都相同而方向相反的脈沖方波電壓，變壓器初級繞組在正負(fù)半周的勵磁電流大小相等，方向相反。第一章原開關(guān)電源的電路分析因此，變壓器磁芯中產(chǎn)生的磁通沿交流磁滯回線對稱地上下移動，磁芯基本工作于整個磁滯回線。如圖16A所示，在一個周期中，磁感應(yīng)強度從正最大值變化到負(fù)最大值，磁芯中的直流磁化分量基本抵消。全橋、半橋、推挽等變換器中的變壓器磁芯屬于這一類型U1A雙極性B單極性ABIPOLARBSINGLE圖16變壓器磁芯的磁滯回線FIG16THEMAGNETICHYSTERESISLOOPOFTRANSFORMERMAGNETICCORE另一類是單極性的，這一類型的變壓器初級繞組在一個周期內(nèi)加上一個單向的脈沖方波電壓。因此，變壓器磁芯中磁通沿著交流磁滯回線的第一象限部分上下移動，變壓器磁芯單向勵磁，磁感應(yīng)強度在最大工作磁感應(yīng)強度B,到剩余磁感應(yīng)強度BR之間變化。如圖16B所示。單端正激式、單端反激式等變換器中的變壓器磁芯就屬于這一類型。由于本課題涉及原開關(guān)電源的是單端反激式的，所以它的變壓器磁芯是單極性的。142原變壓器的磁芯材料原開關(guān)電源變壓器磁芯材料是鐵氧體12,25261。由于鐵氧體的價格低、適應(yīng)性能和高頻性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高頻開關(guān)電源變壓器中。然而科技的不斷進步，使得磁芯材料的品種越來越多，即使是一種類別的磁芯，由于材質(zhì)的不同其基本特性就可能會有很大的不同，例如鐵氧體磁芯中的錳鋅鐵氧體其磁導(dǎo)率為100018000H/M，而另一種銅鎂鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率卻只有10H/M左右121，所以在以后的開關(guān)電源變壓器設(shè)計計算中，我們應(yīng)考慮高頻開關(guān)電源變壓器所用的鐵氧體磁性材料應(yīng)滿足以下要求1具有較高的飽和磁感應(yīng)強度BS和較低的剩余磁感應(yīng)強度B,。從理論上講，BS高，變壓器可通過較大電流而不出現(xiàn)磁飽和，實現(xiàn)傳輸功率的提高大連交通大學(xué)了學(xué)碩十學(xué)位論文2在高頻下具有較低的功率損耗。鐵氧體的功率損耗，不僅影響電源輸出功率，同時會導(dǎo)致磁芯發(fā)熱、波形畸變等不良后果。發(fā)熱問題，在實際應(yīng)用中極為普遍，主要是由變壓器的銅損和磁芯損耗引起的。如果在設(shè)計變壓器時，BM選擇過低，繞組匝數(shù)過多，就會導(dǎo)致繞組發(fā)熱，并同時向磁芯傳輸熱量，使磁芯發(fā)熱。反之，若磁芯發(fā)熱為主體，也會導(dǎo)致繞組發(fā)熱。選擇鐵氧體材料時，要求功率損耗隨溫度的變化呈負(fù)溫度系數(shù)關(guān)系，這也是電源用磁性材料的一個顯著特點3適中的磁導(dǎo)率。相對磁導(dǎo)率選取得是否合適，要根據(jù)實際電路的開關(guān)頻率來決定，一般相對磁導(dǎo)率為2000的材料，其適用頻率在300KHZ左右，最高不能高于500KHZ如果開關(guān)頻率高于這一頻段，應(yīng)選擇磁導(dǎo)率偏低的材料，一般為1300左右的材料4較高的居里溫度。居里溫度是表示磁性材料失去磁特性的臨界溫度，一般材料的居里溫度在200以上，但是變壓器的實際工作溫度不應(yīng)高于1000C。這是因為在100以上時，其飽和磁通密度BS已跌至常溫的70，因此過高工作溫度會使磁芯的飽和磁通密度跌落得更嚴(yán)重，易導(dǎo)致磁芯磁化飽和再者，當(dāng)高于100時，其磁芯功耗己經(jīng)呈正溫度系數(shù)，會導(dǎo)致出現(xiàn)熱擊穿的嚴(yán)重后果。143原變壓器輸入和輸出功率的分析和計算從分析圖12我們可以得到原開關(guān)電源共有9路輸出，分別是6路15V輸出、1路一15V輸出、1路12V輸出和一路5V輸出。對于每路輸出針對各元器件的參數(shù)，經(jīng)測量、計算并取適當(dāng)?shù)脑Ａ康贸耸?V輸出的1路其消耗的功率為LOW外，其余的8路輸出功率大約都是5W，所以總的輸出功率約為50W由于原開關(guān)電源的開關(guān)工作模式等一些因數(shù)決定了其工作效率較低，經(jīng)計算和測量其輸出為50W時，輸入大約為SOW左右，所以其工作效率為Q50/80625E本章小結(jié)本章在分析原有逆變器輔助開關(guān)電源的基礎(chǔ)上，就其存在的不足和相關(guān)理論做了分析和介紹，闡述了不足所帶來的弊端，提出了改進原有不足所采用的措施和基本工作原理，并對一些參數(shù)進行了分析和計算。第二章PSPICE仿真軟件介紹第二章PSPICE仿真軟件介紹21仿真軟件的選擇目前，在應(yīng)用較廣泛的電力電子仿真軟件中，主要有SABER、MATLAB和PSPICE等幾種。它們各自的特點和適用范圍如下所述SABER是一種功能強大的電子和電力仿真軟件，它可以仿真電力電子元件、電路和系統(tǒng)，不僅具有PSPICE的功能，還能結(jié)合數(shù)學(xué)控制方程模塊實現(xiàn)仿真。SABER的仿真結(jié)果真實性好，與PSPICE類似，但SABET的數(shù)據(jù)處理量相當(dāng)龐大，仿真的處理速度慢。SABER軟件價格高，使用時繁瑣復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用，較適合于大企業(yè)應(yīng)用。MATLAB中配備了電力系統(tǒng)工具包POWERSYSLEMBLOC睞T，這使得MATLAB可以用于電力電子仿真。POWERSYSTEMBI沉KSET的仿真是基于MADAB的SIMULINK圖形環(huán)境，使用起來十分方便。MATLAB的強大數(shù)學(xué)計算功能，使得POWERSYSLEM的控制功能非常強大，尤其是利用其它相關(guān)的工具包，電路可以實現(xiàn)極為細(xì)致的控制而不需要花費很大的精力。MATIAB的另外一個優(yōu)點是運行速度較快，數(shù)據(jù)的兼容性非常好，便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理與分析，在控制特性的研究分析中，應(yīng)用十分方便但由于其元器件的理想化，仿真波形與實驗電路的測試結(jié)果誤差較大。PSPICE能夠把仿真與電路原理圖的設(shè)計緊密的結(jié)合在一起。它是應(yīng)用較多的一種，廣泛應(yīng)用各種電路分析，可以滿足電力電子動態(tài)仿真的要求。其元件模型的特性與實際元件的特性十分相似，因而它的仿真波形與實驗電路的測試結(jié)果相近，對電路設(shè)計有重要指導(dǎo)意義127一321。PSPICE主要優(yōu)點如下L具有習(xí)D混合仿真功能，可以利用文本和原理圖兩種輸入形式進行有數(shù)字和模擬元件構(gòu)成的混合系統(tǒng)設(shè)計，這是大多數(shù)仿真器所不能做到的。當(dāng)采用原理圖作為輸入時，該軟件在電路設(shè)計中的作用相當(dāng)于一個軟件面包板，從而大大地提高了設(shè)計效率，節(jié)約了開發(fā)成本。2數(shù)?；旌戏抡娉绦颥F(xiàn)在提供的仿真模型庫包括常用的模擬器件、數(shù)字器件的模型以及包括精確的傳輸線、磁芯模型在內(nèi)的總數(shù)達(dá)3萬個以上的內(nèi)建模型。此外它還可以通過其CIS組件從互聯(lián)網(wǎng)站點上下載新的器件模型，從而幫助用戶有效地改進設(shè)計和降低成本，用更少的時間設(shè)計出更好的電流。3PSPICE具有大量的模擬功能模型和系統(tǒng)分析功能。其中模擬功能模型使用戶可以用類似于傳遞函數(shù)框圖的方法對復(fù)雜的電路進行時域分析而其電路基本分析功能使用戶可以從不同角度對設(shè)計的電路進行分析和研究，從而優(yōu)化設(shè)計。大連交通大學(xué)下學(xué)碩十學(xué)位論文4該軟件允許用戶通過使用參數(shù)、拉普拉斯函數(shù)與狀態(tài)方程等建立用戶自己的模型。所有上述功能為PSPICE在電力電子電路的仿真中應(yīng)用提供了可能。綜上所述，考慮到各種軟件的優(yōu)缺點，本課題選用了PSPICE仿真軟件對電路進行仿真和研究。22PSPICE發(fā)展歷程和現(xiàn)狀PSPICE是較早出現(xiàn)的EDAELECTRONICDESIGNAUTOMATIC，電路設(shè)計自動化軟件之一，也是當(dāng)今世界上著名的電路仿真標(biāo)準(zhǔn)工具之一，于1984年由美國MICROSIM公司首次推出，它是由SPICE發(fā)展而來的面向PC機的通用電路模擬分析軟件。SPICESIMULATIONPROGRAMWITHINTEGRATEDCIRCUITEMPHASIS是由美國加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的電路仿真程序，在眾多的計算機輔助設(shè)計工具軟件中，它是精度最高、最受歡迎的軟件工具。隨后，其版本不斷更新，功能不斷完善?；贒OS操作系統(tǒng)的PSPICE50以下版本自20世紀(jì)80年代以來在我國得到廣泛應(yīng)用目前廣泛使用的PSPICE51以上版本是MICROSIM公司于19年開發(fā)的基于WINDOWS環(huán)境的仿真程序，并且從60版本開始引入圖形界面，用戶不用像DOS版那樣輸入數(shù)據(jù)網(wǎng)表文件，而是圖形化，只需選擇相應(yīng)的元器件的圖標(biāo)代號，然后使用線連接就可以自動生成數(shù)據(jù)網(wǎng)表文件，整個過程變得直觀簡單，因此它已廣泛應(yīng)用于電力電子電路或系統(tǒng)的分析中。1998年，著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與MICROSIM公司正式合并，自此MICROSIM公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入。RCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中，成為ORCAD/PSPICE。但PSPICE仍然單獨銷售和使用，至今推出的最新版本為PSPICE10523PSPICE的組成以PSPICE92為例，該軟件包主要包括SCHEMATICS,PSPICE,PROBE,STMEDSTIMULUSEDITOR,PARTS,PSPICEOPTIMIZER等。1SCHEMATICS是一個電路模擬器。它可以直接繪制電路原理圖，自動生成電路描述文件，或打開已有的文件，修改電路原理圖可以對元件進行修改和編輯可以調(diào)用電路分析程序進行分析，并可調(diào)用圖形后處理程序PROBE觀察分析結(jié)果。它集PSPICE,PROBE,STMED和PSPICEOPTIMIZER于一體，是一個功能強大的集成環(huán)境。2PSPICE是一個數(shù)據(jù)處理器。它可以對在SCHEMATICS中所繪制的電路進行模擬分析，運算出結(jié)果并自動生成輸出文件和數(shù)據(jù)文件。3PROBE是圖形后處理器，相當(dāng)于一個示波器。它可以將在PSPICE運算的結(jié)果在屏幕或打印設(shè)備上顯示出來。模擬結(jié)果還可以接受由基本參量組成的任意表達(dá)式。第二章PSPICE仿A,軟件介紹4STMED是產(chǎn)生信號源的工具。它在設(shè)定各種激勵信號時非常方便直觀，而且容易查對。5PARTS是對器件建模的工具。它可以半自動地將來自廠家的器件數(shù)據(jù)信息或用戶自定義的器件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PSPICE中所用的模擬數(shù)據(jù)，并提供它們之間的關(guān)系曲線及相互作用，確定元件的精確度。6PSPICEOPTIMIZER是優(yōu)化設(shè)置工具。它可根據(jù)用戶指定的參數(shù)、性能指標(biāo)和全局函數(shù)，對電路進行優(yōu)化設(shè)計。24PSPICE的特點和模擬功能PSPICE是電子電路計算機輔助分析設(shè)計中的電子電路模擬軟件。它主要用在所設(shè)計的電路硬件實現(xiàn)之前，先對電路進行模擬分析，就如同對所設(shè)計的電路進行搭試，然后用各種儀器來進行調(diào)整和測試一樣，這些工作完全由計算機來完成。用戶根據(jù)要求來設(shè)置不同的參數(shù)，計算機就像掃頻儀一樣，分析電路的頻率響應(yīng)，能像示波器一樣，測試電路的瞬態(tài)響應(yīng)，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、蒙特卡羅統(tǒng)計分析、最壞情況分析等，使用戶的設(shè)計達(dá)到最優(yōu)。PSPICE的模擬功能有T27281,1直流分析直流分析包括電路的直流工作點分析BIASPOINTDETAIL、直流小信號傳遞函數(shù)值分析TRANSFERFUNCTION、直流掃描分析DCSWEEP和直流小信號靈敏度分析SENSITIVITY在進行直流工作點分析時，電路中的電感全部短路，電容全部開路，分析結(jié)果包括電路每一節(jié)點的電壓值和在此工作點下的有源器件模型參數(shù)值。這些結(jié)果以文本文件方式輸出。直流小信號傳遞函數(shù)值分析計算電路在直流小信號下的輸出變量與輸入變量的比值，以及輸入電阻和輸出電阻。進行此項分析時電路中不能有隔直電容。分析結(jié)果以文本方式輸出。直流掃描分析可作出各種直流轉(zhuǎn)移特性曲線。輸出變量可以是某節(jié)點電壓或某節(jié)點電流，輸入變量可以是獨立電壓源、獨立電流源、溫度、元器件模型參數(shù)和通用GLOBAL參數(shù)。2交流掃描分析ACSWEEP交流掃描分析包括頻率響應(yīng)分析和噪聲分析。PSPICE進行交流分析前，先計算電路的靜態(tài)工作點，決定電路中所有非線性器件的交流小信號模型參數(shù)，然后在用戶所指定的頻率范圍內(nèi)對電路進行仿真分析。大連交通大學(xué)T學(xué)碩十學(xué)位論文頻率響應(yīng)分析能夠分析傳遞函數(shù)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)，可以得到電壓增益、電流增益、互阻增益、互導(dǎo)增益、輸入阻抗、輸出阻抗的頻率響應(yīng)。分析結(jié)果均以曲線方式輸出。PSPICE用于噪聲分析時，可計算出每個頻率點上的輸出噪聲電平以及等效的輸入噪聲電平。噪聲電平都以噪聲帶寬的平方根進行歸一化。3瞬態(tài)分析TRANSIENT即時域分析包括電路對不同信號的瞬態(tài)響應(yīng)，時域波形經(jīng)過快速傅里葉變換FFT后，可得到頻譜圖。通過瞬態(tài)分析，也可以得到數(shù)字電路時序波形。另外，PSPICE可以對電路的輸出進行傅里葉分析，得到時域響應(yīng)的傅里葉分量直流分量、各次諧波分量、非線性諧波失真系數(shù)等。這些結(jié)果以文本方式輸出。4靈敏度分析SENSITIVITY靈敏度分析是計算電路元器件參數(shù)的變化引起電路輸出變量的變化。主要包括直流靈敏度分析和交流小信號靈敏度分析，前者是指電路直流分析時，計算出指定的輸出變量對電路中所有元器件參數(shù)和晶體管的所有模型參數(shù)單獨變化的靈敏度值，包括絕對靈敏度和相對靈敏度值后者是指固定頻率范圍內(nèi)每個頻率點上計算電路輸出變量對電路全部元器件參數(shù)的靈敏度值。5容差分析容差分析是計算電路中元器件參數(shù)偏離標(biāo)稱值情況下，對電路輸出特性的影響。包括蒙特卡羅MONTECARLO分析和最壞情況WORSTCASE分析，前者是一種統(tǒng)計分析方法，在給定的電路中元器件參數(shù)容差的情況下，計算電路輸出變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，如果同時指定電路輸出變量的容差，還可以計算電路輸出特性的合格率及合格率的偏差后者是指電路中所有元器件參數(shù)都處于其容差邊界的一種最壞情況下，計算出電路輸出特性最大偏差的上界值和下界值。6溫度特性分析通常情況下，PSPICE程序是在標(biāo)準(zhǔn)溫度27C情況下進行各種分析和模擬的。如果用戶指定電路的工作溫度，則PSPICE可以進行不同溫度下的電路特性分析。7優(yōu)化設(shè)計電路的優(yōu)化設(shè)計是在給定電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路性能約束的情況下，確定電路元器件的最佳參數(shù)組合。第二章PSPICE仿真軟件介紹本章小結(jié)本章主要介紹了幾種常用電力電子仿真軟件的功能特點，闡述了選擇PSPIEE仿真軟件作為本課題仿真軟件的理由，并介紹了PSPIEE仿真軟件的組成和主要功能。大連交通大學(xué)R學(xué)碩十學(xué)位論文第三章功率因數(shù)校正方面的理論分析和改進針對本文前面提到的有關(guān)諧波的危害，解決的基本方法有以下兩種一是裝設(shè)諧波補償裝置來補償諧波，具體的方法就是設(shè)計新一代高性能整流器，使它具備輸入電流為正弦波、諧波含量低及功率因數(shù)高等特點另一條是對電力電子裝置本身進行改造，采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或濾除諧波，使功率因數(shù)得到改善，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。31功率因數(shù)PF和總諧波畸變刀ID通常，工程上把電壓有效值U和電流有效值1的乘積作為電氣設(shè)備功率設(shè)計的極限值，即電氣設(shè)備最大可利用容量。引入視在功率5U1則有功功率P的最大值為視在功率5，P越接近5，電氣設(shè)備容量就越得到充分利用定義功率因數(shù)POWERF韶TOR，PF1，9為PFP/S31在正弦電路中，功率因數(shù)由電壓和電流的相角差尹決定的。這種情況下功率因數(shù)PF就是COS護。在公用電網(wǎng)中，一般電壓波形的畸變都較小，而電流波形的畸變較大。設(shè)電壓為純正弦波形，有效值為U，畸變電流的有效值為1，基波電流有效值以及基波電流與電壓的相角差分別為1和們，N次諧波電流的有效值為IN。記PUL。COS少32Q，UL，SIN必，33PZQ矛二U115345，U，1，U1矛U，藝13萬Q孟一5，一P一QU藝1二36P定義為電路有功功率，QF是基波電流產(chǎn)生的無功功率，5，為基波視在功率，5為電路總的視在功率，場是諧波電流所產(chǎn)生的無功功率。電路的功率因數(shù)定義為，PULLCOS尹111_二。RR尸一丁二一二代尸U，夢1二入D入3ULL37式中，KD1/L是電流波形畸變因子DISTORTIONFACTOR和K，COS尹】是相移因數(shù)DISPI即EMENTFACTOR，也就是說功率因數(shù)是電流波形畸變因子與相移因數(shù)之積總諧波畸變TOTALHARMONICDISTORTION，THD的定義第三章功率因數(shù)校正方而的理論分析和改進THDI,/X10038其中I,。二盡，電流波形畸變因子一“TH。的“”下KD1/沂不五畝萬39當(dāng)V,0時，場1,PF心。32提高AC/DC變換器輸入側(cè)功率因數(shù)的主要思路由第一章的分析可知，對于整流電路而言，由于人們想得到一個較為平滑的直流輸出電壓，所以采用了電容濾波，正是整流二極管的非線性和電容的共同作用，使得輸入電流發(fā)生了畸變。如果去掉輸入濾波電容，則輸入電流變?yōu)榻频恼也?，提高了輸入測的功率因數(shù)并減少了輸入電流的諧波，但是整流電路的輸出不再是一個平滑的直流輸出電壓，而變?yōu)槊}動波。如果欲使輸入電流為正弦波，且輸出電壓仍為平滑的直流輸出，則必須在整流電路和濾波電容之間插入一個電路，這個電路就是PFC電路U1，如圖31所示。220V5OHZ凡圖31含有PFC電路的AC/DC電路FIG31THEAC/DCCIRCUITWITHPFCCIRCUIT目前己廣泛使用的改善功率因數(shù)的方法主要有以下幾種I多脈沖整流。它的基本原理是利用變壓器對各次不同諧波電流移項，使某次諧波在變壓器次級相百疊加而抵消。這種方法在變壓器的負(fù)載平衡情況下，對減少輸入端的低次諧波是有效的2無源濾波法。在電路的整流器和電容之間串聯(lián)一個濾波電感，以增加整流二極管的導(dǎo)通時間，降低輸入電流的幅值或在交流側(cè)接入一個諧振濾波器，主要是濾除三次諧波。其主要優(yōu)點是電路簡單，成本低，可靠性高，可以滿足IEC100032標(biāo)準(zhǔn)，電磁干擾小主要缺點是尺寸大，重量大，難以得到高功率因數(shù)一般可提高到09左右，工作性能與頻率、負(fù)載變化及輸入電壓有關(guān)，電感和電容間有大的充放電電流等。這種大連交通大學(xué)下學(xué)碩十學(xué)位論文方法對抑制高次諧波有效，但濾波設(shè)備龐大，而且運行情況受系統(tǒng)阻抗的影響，若不使用調(diào)諧電抗器，很可能與系統(tǒng)電抗產(chǎn)生并聯(lián)諧振，因此它比較適合于功率小于300W,對體積和重量要求不高、對價格敏感的應(yīng)用中。在實際應(yīng)用中，由于該方法的結(jié)構(gòu)簡單，所以還是經(jīng)常使用的。3諧波注入有源濾波器法。有源濾波器是與系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)的逆變器，它受系統(tǒng)阻抗影響小，并對各次諧波有快速響應(yīng)，但注入的電流有流進其他裝置的可能，并且造價較高。4有源功率因數(shù)校正APFC法。該方法是直接采用有源開關(guān)或AC/DC變換技術(shù)，通過電流反饋技術(shù)使輸入電流成為和電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，從而使輸入端THD小于5，同時使功率因數(shù)提高到099或更高。這種方法的主要優(yōu)點是可得到較高的功率因數(shù)，總諧波畸變小，可在較寬的輸入電壓范圍如交流90260V內(nèi)和寬頻帶下工作，體積小，重量輕，輸出電壓也可保持恒定。主要缺點是電路復(fù)雜，成本較高，EMI高、效率會有所降低?，F(xiàn)在有源功率因數(shù)校正器已廣泛用在AC/DC開關(guān)電源、交流不間斷電源UPS,熒光燈電子鎮(zhèn)流器等領(lǐng)域。上述的各種功率因數(shù)校正的方法中，無源濾波法和有源功率因數(shù)校正APFC是用得較多的方法。本文功率因數(shù)校正改進方案使用的就是無源功率因數(shù)校正法中的一種一逐流技術(shù)的改進型，以下就該技術(shù)做主要的介紹。33原有濾波電路與改進的逐流電路的分析和比較無源功率因數(shù)校正PASSIVEPOWERFACTORCORRECTION,PPFC常采用無源元件LC組成的低通、帶通濾波器，工作在交流輸入市電工作頻率5060HZ，將輸入電流波形進行相移和整形。其主要的電路形式有串聯(lián)濾波電路、并聯(lián)濾波電路、混合濾波電路又稱帶通濾波電路，包括N形濾波電路、T形濾波電路等和逐流電路11,19311等。331原有濾波電路的分析在本文涉及的原有逆變開關(guān)電源中，其濾波電路是無源功率因數(shù)校正中的混合濾波電路中的一種，為了方便和簡化分析，本課題采用單相橋式不可控整流電路代替原開關(guān)電源的三相橋式不可控整流電路，其簡化的電路模型如圖32所示，圖中LI,C1組成低通濾波器，RL為模擬負(fù)載，濾波電容C1的作用是使負(fù)載兩端的電壓變得平滑濾波電感L1的作用是可以增加整流二極管的導(dǎo)通時間，減緩輸入電流的變化幅度。第三章功率因數(shù)校正方而的理論分析和改進1|ES隊WEESLL1氏1K圖32原開關(guān)電源濾波電路FIG3