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     (1)单相有源PFC变换器
    经过大量实践与探究,两级APFC技术相对成熟,是最为常用的方案。它的主要优点是:输入电流畸变小,总谐波失真(THD)一般控制在5%以内,而功率因数则将提高至0.99以上;调压范围大、系统响应快、效率高;各级单独分析控制。主要缺点是:电路复杂,成本高。
    功率因数校正有几个基本的变换器拓扑结构:Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic、Cuk,Zeta,前三如图1.2所示。[3]
     图1.2  三种基本的PFC变换器拓扑
    基于Buck电路的PFC变换器,在每个开关周期内,当电压数值在0上下时,开关管就会自动关断,此时输入电流值就会变成0,这同时也表明,在每个开关周期内,Buck电路输入电流非连续。 Buck PFC变换器的优点是输出电压较低,所以Buck PFC变换器在电压要求不高的场合应用较多,此外,它的功率因数校正的效果并不理想。
    基于Boost电路的PFC变换器,其输出电压高于输入电压。它在功率因数校正技术中使用也很广泛,具有以下优点:电路结构简单,成本低; 在电压176V到264V内能够文持较高的功率因数;输入电流的高频纹波小,在计算过程中可以简化,也便于展开研究工作。Boost PFC变换器在运行过程中能够保持较高的功率因数,因此适用于输入电压范围宽的场合。
    基于Buck-Boost电路的PFC变换器,既能进行升压工作也能进行降压工作,相比于Buck和Boost而言,电压选择的范围广,可灵活应用。而且与Buck相似的是它的输入电流总是断续的。 Buck-Boost变换器的优点是功率因数高,可升压可降压的特性不会限制后级的设计,而且便于优化,在低电压、低功率场合应用较多。
    (2)三相有源PFC变换器
    三相APFC多见于中大功率系统,其电路复杂,控制困难,对它的研究还在不断进行中。与单相APFC相比,优势在于:(1)主电路由三相三线制供电,不存在3次及3的倍数次谐波电流;(2)在工频周期内,从供电系统中得到恒定的功率,输出滤波电容小;(3)输出功率大。但是正由于三相APFC功率等级大,影响电网的程度也更深。一般用三相APFC来校正功率因数所达到的效果不如单相APFC,因为三相APFC是由三相电源供电,这三相电压在工作中会相互耦合,使得每相的电流也会相互影响,这给电流控制带来难题:不能独立控制每相电流为正弦波。
    1.3 本文的研究内容和意义
    本文课题来源于生产生活中的实际问题,电网侧整流电路的大规模使用,给电网带来了很大压力,因为整流电路虽然能为设备仪器提供稳定可靠的电压,但是电路中的非线性负载增多,从而引起电流谐波,大幅度地降低了功率因数,为了保证电网安全性、电能质量以及不对其他设备、仪表、装置造成干扰和损坏,必须进行功率因数校正。
    目前采用的功率因数校正方法主要有两种,即无源功率因数校正(PPFC)和有源功率因数校正(APFC)。PPFC电路结构简洁明了、系统可靠程度高、无需进行控制,但校正效果不好,而且成本高。其中APFC中重点介绍了单相有源PFC的几种基本拓扑结构:Buck、Boost、Buck-Boost。相比较而言,Boost PFC和Buck-Boost变换器比Buck PFC变换器的功率因数校正效果好,Buck PFC和Buck-Boost PFC变换器都适用于低电压场合,而Boost PFC变换器适用于输入电压范围宽的场合。综上所述,Boost PFC变换器的功率因数高,应用广泛, 所以本文主要研究这方面的内容。
    DCM Boost PFC变换器在电感电流断续模式下工作,控制简单,能实现零电流开通、零电流关断及软开通,易于消除二极管的反向恢复问题,开关频率恒定,储能电容值大,可以很大程度上减小变换器的体积,节约空间及成本,在中小功率的场合应用较多。但是其直流母线电容寿命短,需要进行监测工作状态,以免电容失效带来危害。本文研究单相DCM Boost PFC变换器直流母线电容ESR和C的监测,主要包括以下内容:
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