三相整流器功率因数校正电路

根据电路输入电压的不同,功率因数校正电路主要分单相和三相两大类｡其单相功率因数校正电路目前在拓扑和控制方面已相当成熟｡而三相功率因数校正电路由于应用极广泛､工作机理比较复杂而成为近年来的研究热点｡

  与单相功率因数校正(FPC)整流装置相比,三相PFC整流装置具有许多优点

  ①输入功率高,功率额定值可达几千瓦以上

  ②虽然每相输入功率包含两倍于工频的交变分量,但在三相平衡装置中,三相输入功率脉动部分的总和为零,输入功率是一恒定值｡这样,输出电容上无工频纹波,可以使用容量较小的输出电容,实现更快的输出电压动态响应调节｡然而,三相PFC整流电路遇到的一个很大难题是三相之间的耦合｡在单相不控整流电路中,如果负载等效为一个电阻,则输入功率因数为1,但在三相不控整流电路中,即使负载等效为一个电阻,也不能获得满意的功率因数｡原因在于三相不控整流电路中三相电压通过AC/DC的不控整流桥互相耦合,不可能同时兼顾三相输入电流,使任何一相输入电流都不能独立控制为正弦波形｡为使三相输入电流都为正弦波形,必须对三相输入电压进行解耦｡近年来,用来提高三相整流电路功率因数的许多新拓扑被提出,从解耦的观点看,这些三相有源功率因数校正电路拓扑可分为不解耦三相PFC､部分解耦三相PFC和全解耦三相PFC

  1.基本电源适配器三相PFC电路及问题

  基本三相PFC电路见图5-18｡它基本上是单相Boy断听续模式(DCM)PFC在三相上的延伸｡它图5-18基本三相PFC电路M sin(ol)+sin(2at√3M-3n(a+3)][MM sin(ot)sin(2al+RAM++2)M-sin(ot+(5-11)LF,√3M·3sin(o1)"≤ot≤(5-12)式中:F,U1的工作频率;L—Boost电感

  D—占空比

  M—电压增益｡

  图5-19显出了M与谐波的关系｡

  图中,THD为总谐波含量:THD=VS(5-13)

  而功率因数A为:√+THD

  因此,为了桌上型电源适配器得到较高的功率因数,需增大电压增益M.但过高的M,使得U太高,导致U及PFC的负载(变换器)开关功率器的电压应力增大,增加了整机的成本及降低了整机的工作可靠性｡这也是三相整流器功率因数校正电路还不能走向成熟的关键问题｡

  2常见的几种三相PFC

  近几年来,出现了很多三相PFC,大部分是针对上述问题提出的,较常见的有

  ①基本PFC+波形控制｡在基本的PFC控制电路中加入调制信号,在同一谐波含量下,可以降低M值,如图5-19中的虚线结果｡该方法其实没有解决U>3Um问题

  ②Buck型PFC｡图5-20是Buck型PFC电路｡它是基本Boost型的对偶电路,可以使Uk<3U｡其缺点是:IU(Iv,Iw)的电流对称取决于负载｡负载电流越大,功率因数越高THD越小｡再者就是对无极性电容Cu(Cv,Cw)的要求较高,其体积大,价格高(m30产本本本图5-19电压增益与谐波的关系图5-20Buck型PFC电路

  ③其他基本组合型PFC｡这种组合的PFC,由于其结构复杂目前只在小功率电源适配器PFC中有应用

  ④双向开关型三相PFC｡这是目前一种比较有发展前途的拓扑模型(如图5-21所示),采用双向开关结构本本本图5-21双向开关三相PFC拓扑模型率江面这种电路的优点是开关器件电压值小,控制简单,输入电流连续｡其输出电压为U=1.3366U(5-15)