Saber有源储能电感变换器及其在PFC变换器中的应用研究(2)

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在PFC变换器中，因为输入功率是脉动的而输出功率是恒定的，所以需要一个储能元件来平衡电路运行中两侧的功率差值，由于电解电容具有耐压值高、储能大等优点，一般选用其作为这个储能元件。然而电解电容体积较大，使用寿命较短，不符合PFC变换器的发展趋势，因此本文中我们试图尝试用储能电感替代电解电容作为功率平衡元件。

电感储能在经过数十年的发展已经日益成熟，在许多科技前沿得到日益广泛的应用。同电容储能不同，电感以磁场方式储存能量，电感储能方式有传输功率大，储能装置体积小、成本低等优点。最初时曾简单的尝试将电路结构中的并联电容改为串联电感，实验仿真证明这种做法是幼稚的。为寻求储能电感在PFC变换器的应用环境我们引入了对偶原理。通过对传统PFC变换器进行对偶变换，得到对偶功率因数校正（Dual Power factor correction ,Dual PFC）变换器，由于其对偶性质，电容储能自然的转变为电感储能。因此，在本文中，电感储能在PFC变换器中的应用研究，其重点在对Dual PFC变换器的分析。通过理论分析和实验验证，我们将逐步地得出Dual PFC变换器的一些性质，应用条件等。在本文最后，我们分析了电路工作时储能电感的一些状态，并将Dual PFC变换器与传统PFC变换器进行比较，得出一些很有意义的结论。

2有源储能电感介绍

2.1电感储能的基本原理

随着现代科技的发展，电感储能的一些关键技术得到突破，在众多储能技术之中得到了越来越突出的重视。

在各向同性的线性媒质中，回路的磁链和产生这个磁链的电流的比值定义为电感，电感仅与回路的大小、形状、相对位置和媒质特性有关，与磁链和电流无关。

电感器本身就是一个储能元件，以磁场方式储能。从电磁学上可以知道，对一个电感线圈，由安培环路定理，，磁感应强度，线圈储能,可以直观看出电感储能的方式。实际上我们定义了电感，为线圈磁链大小，为通过线圈电流，其储存的电能与自身的电感和流过它本身的电流的平方成正比，即。由于电感在常温下具有电阻，电阻要消耗能量，所以很多储能技术采用超导体。

电感的特点是通过的电流不能突变。电感储能的过程就是电流从零至稳态最大值的过程。当电感电流达到稳态最大值后，若用无电阻（如超导体）短接电感二端并撤去电源，如果电感本身也是超导体的话，则电流则按原值在电感的短接回路中长期流动，电感这种状态就是储能状态。相对于传统的电容储能方式，电感储能具有以下优点：

由于电感储能是以磁场方式储能的，同以电场方式储能的电容储能方式相比，电感储能方式传输功率大，储能装置体积小、成本低。

在电力电子技术中，储能电感和滤波电感有着明显区别，二者结构和用途都不相同。滤波电感只是用于滤除高频交流信号，一般用铜线和硅钢片/钴非金/铁非金/铁氧软磁体等材料做成。而储能电感多是空芯的，最佳材料是超导体。

2.2储能电感的发展与应用前景

六十年代电感储能技术由于体积小（储能密度大）、价廉，而较之电容能占有优势。但进入七十年代，由于微秒脉冲功率技术的迅速发展，而且这些领域在进入实际应用研究阶段中大都需要重复频率，诸如惯性约束聚变、激光及粒子束武器,大功率微波等等都要10Hz或几百Hz的重复脉冲；加之电容器的储能密度及寿命研究得到了突破性的进展，因而，七十年代后期在脉冲功率研究中，电容器储能又占优势。目前有名的大型装置，如PBFA，NOVA，BLACKJACK等都用电容器储能。进入八十年代以后，由于重复频率开关研究取得进展，特别是用于电感储能系统断路开关得到突破，所以电感储能在脉冲功率技术上应用的研究又有所发展。