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三相变频电源PFC电路原理解析

三相变频电源PFC就是“功率因数”的意思,主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。

三相变频电源PFC有两种,一种是无源三相变频电源PFC(也称被动式三相变频电源PFC),一种是有源三相变频电源PFC(也称主动式三相变频电源PFC)。无源三相变频电源PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数,但无源三相变频电源PFC的功率因数不是很高,只能达到0.7~0.8;有源三相变频电源PFC由电感电容及电子元器件组成,体积小,可以达到很高的功率因数,但成本要高出无源三相变频电源PFC一些。

有源三相变频电源PFC电路中往往采用高集成度的IC,采用有源三相变频电源PFC电路的PC电源,至少具有以下特点:

1) 输入电压可以从90V到270V;

2) 高于0.99的线路功率因数,并具有低损耗和高可靠等优点;

3) IC的三相变频电源PFC还可用作辅助电源,因此在使用有源三相变频电源PFC电路中,往往不需要待机变压器;

4) 输出不随输入电压波动变化,因此可获得高度稳定的输出电压;

5) 有源三相变频电源PFC输出DC电压纹波很小,且呈100Hz/120Hz(工频2倍)的正弦波,因此采用有源三相变频电源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。

现在市面上采用三相变频电源PFC电路的电源不多,而采用有源三相变频电源PFC电路的更少。

三相变频电源PFC电路原理解析

如图所示的无损吸收三相变频电源PFC主电路的原理图。图中B1为整流桥,L1为三相变频电源PFC升压电感,D1为隔直二极管,S1为开关管,C1,C2,D2,D3和D4,L2组成无损吸收网路,C3为输出滤波电容。具体分析过程如下:当S1断开前,C2中的能量通过D5及L2转移到了C1中,C2的电压降至0。C1的极性如图1所示。当S1断开时,C2上开始为零电压,L1中的电流通过D3给C2充电,直到D1导通为止。并且C2的电位通过D4、D5箝位到输出电压。同时C1通过D2向负载放电,能抑制S1漏极上电压的上升时间,从而充分地保证S1关断在零电压状态下。当S1合上时,C1的左端通过S1接地,电容C2上的电荷通过D5、L2转移到C1中。当开关再次关断的时候,重复上述过程。

 三相变频电源PFC电路原理解析

1 三相变频电源PFC控制电路

三相变频电源PFC电路的电流环路由整流后的输入电压和输出电压的误差信号通过乘法器来控制。通过调节电流控制信号

的平均幅度来控制输出电压。通过输入电压的波形来调节输入电流的波形。在与输入电压信号相乘之前,电压误差信号先除以平均输入电压(前馈电压)的平方。

    作用:保证电压环的增益为常数。

     注:电压环带宽过宽会使控制电路尽可能的保持输出中压的稳定,而导致谐波失真加重。由于电压环的增益为常数,电压环的误差信号实际上就控制输出功率。

     理由:如Vin     2Vin       Ⅰmo=Ve*( 2Vin )/ (2Va)2      Ⅰin                  1 /2 Ⅰin,则2Vin*1/2Iin=Vin*Iin,功率不变,输出中压误差信号就可以控制了输出功率。

     作用:限制输出电压的误差信号就可以限制住三相变频电源PFC的输出功率。

2 频率设定

     频率高:电感体积小,交叉失真小,损耗大,适用于中小功率。

     频率低:电感体积大,交叉失真大,损耗小,适用于大功率。

电感设计

     a、输入的最大峰值电流在输入电压为低压且为最大值时出现,

           Iline(PK)=21/2*P/Vin(min)(  Vin(min)为有效值。)

     b、电感纹波电流一般选择为AC线最大峰值电流为20%。

        (不一定是最大的高频纹波电流。) 

     c、占空比D=(V0-Vin)/V0(V0 为输出电压,Vin为峰值输入电压)

           L=Vin*D/f* △Ⅰ              

           △Ⅰ=0.2Ⅰline(PK)=21/2*P/rin(min)×0.2

     d、电感的峰值电流为线峰值电流加上高频纹波电流的一半。

           Ⅰ(LPK)=Ⅰline(PK)+1/2△Ⅰ

输出电容

    a、考虑因素:高频纹波电流、二次谐波纹波电流,输出直流电压、纹波电压、保持时间。

    b、承受的纹波电流主要由温升决定,包括高频电流的温升和低频纹波电流的温升。

    c、如需保持时间,则C0=2Pont△t/( V02- V0(min)2)

续流二极管

    a、必须能承受电感的最大峰值电流

    b、至少能承受输出电压的反压

    c、速度尽量快(反向恢复时间尽量短),慢则开关损耗大。

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