兩種高功率因數(shù)開關(guān)電源設(shè)計方案的比較

摘要：針對傳統(tǒng)開關(guān)電源因輸入電路采用不可控二極管或相控晶閘管整流而存在輸入電流諧波含量大、功率因數(shù)低的問題，提出了兩種高功率因數(shù)開關(guān)電源的設(shè)計方案，分析了采用APFC技術(shù)和PWM 整流技術(shù)來提高開關(guān)電源功率因數(shù)的原理，并采用Matlab7.6仿真軟件對單相全橋電壓型PWM 整流電路和APFC電路進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，基于PWM 整流技術(shù)的開關(guān)電源能更好地實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，減少諧波電流。

0 引言

傳統(tǒng)的開關(guān)電源整流電路普遍采用不可控二極管或相控晶閘管整流方式，直流側(cè)采用大電容濾波，輸入電流諧波含量大，功率因數(shù)低，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)污染和能源浪費(fèi)。目前，解決諧波問題、提高功率因數(shù)的主要方法：(1)對產(chǎn)生諧波的電力電子裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行改進(jìn)，使其產(chǎn)生較少的諧波甚至不產(chǎn)生諧波，使得輸入電流和輸入電壓同相，達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，如PWM整流技術(shù);(2)在整流橋和濾波電容之間加一級用于功率因數(shù)校正的功率變換電路，如有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)。近些年來APFC技術(shù)和PWM 技術(shù)在中、小功率乃至大功率開關(guān)電源中得到了普遍應(yīng)用。本文以高功率因數(shù)開關(guān)電源作為研究對象，分析采用APFC技術(shù)和PWM 整流技術(shù)來提高功率因數(shù)的原理，并采用Matlab7.6軟件對單相電壓型PWM 整流電路和APFC電路進(jìn)行了仿真及分析比較。

1 高功率因數(shù)開關(guān)電源的設(shè)計方案

1.1 采用PWM 整流技術(shù)的開關(guān)電源

采用PWM 整流技術(shù)的高功率因數(shù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文只探討其中的PWM 整流電路部分。

圖1 采用PWM 整流技術(shù)的高功率因數(shù)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

該種高功率因數(shù)開關(guān)電源設(shè)計方案采用PWM整流技術(shù)和DSP技術(shù)，能數(shù)字化地實(shí)現(xiàn)整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制，比較適合應(yīng)用于中等功率開關(guān)電源設(shè)計中。

1.2 采用APFC技術(shù)的開關(guān)電源

采用APFC技術(shù)的高功率因數(shù)開關(guān)電源，其前級APFC電路采用實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)使交流輸入電流正弦化并使其與輸入電壓同相位，同時保持輸出電壓穩(wěn)定;后級DC/DC變換電路采用能實(shí)現(xiàn)多路輸出的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)調(diào)整輸出電壓，通過DC/DC變換得到所需要的直流電壓，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 采用兩級型APFC的高功率因素開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

2 單相PWM 整流電路的基本原理

本節(jié)采用圖1所示的方案，其前級如圖3所示，即單相全橋電壓型PWM 整流電路，電路采用有4個全控型功率開關(guān)管的H 橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖3中網(wǎng)側(cè)電感為升壓電感，起平衡電路電壓、支撐無功功率、儲存能量和濾除諧波電流的作用;Rs為濾波電感的寄生電阻;主電路中功率開關(guān)均反并聯(lián)一個續(xù)流二極管，用來緩沖PWM 過程中的無功電能。

單相全橋電壓型PWM 整流電路的SPWM 調(diào)制方法分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種，本文采用單極性調(diào)制。、