基于全橋結(jié)構(gòu)的三相單級有源功率因數(shù)校正技術(shù)研究.pdf

1、有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)是抑制電流諧波、提高功率因數(shù)的有效方法。在中大功率領域，一般采用三相APFC技術(shù)，與傳統(tǒng)的三相兩級APFC相比，三相單級APFC具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、效率高等優(yōu)點，是電力電子技術(shù)領域中的一項重要研究方向。目前，三相單級APFC技術(shù)在小功率領域的研究已經(jīng)比較成熟，而在中大功率領域的研究仍處于發(fā)展階段。在大功率場合，變換器一般采用全橋結(jié)構(gòu)，本文以一種基于隔離全橋Boost拓撲的三相單級APFC技術(shù)為研究課

2、題，對變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、電壓尖峰、輸入電流諧波與死區(qū)、起動與關機磁復位問題進行了研究，并提出了一些新方法及思路。
　　提出了兩種基于隔離全橋Boost拓撲的三相單級APFC變換器。該變換器工作于電感電流斷續(xù)(DCM)模式，輸入電流峰值自動跟蹤輸入電壓，在實現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時實現(xiàn)了輸入輸出側(cè)的電氣隔離以及輸出直流電壓等級的調(diào)節(jié)；該變換器借鑒移相全橋電路的控制策略，在不增加任何輔助元器件的條件下，實現(xiàn)了上橋臂開關的零電流開關以及下橋

3、臂開關的零電壓開關。對該變換器的功率因數(shù)校正機理、升壓電感電流斷續(xù)條件、工作模態(tài)以及變壓器原邊電壓尖峰的產(chǎn)生機理進行了詳細分析，為后面問題的研究奠定了基礎。
　　原邊電壓尖峰的存在增加了各開關的電壓應力，降低了變換器的可靠性，必須采取有效措施對其進行抑制。結(jié)合所提出的APFC變換器的特點和電壓尖峰的產(chǎn)生機理，提出了兩種基于無源緩沖的電壓尖峰抑制方法(即并聯(lián)型和串聯(lián)型無源緩沖)。兩種緩沖電路均由電容、電感和二極管組成，利用連接在原邊

4、回路中的電容有效地吸收了電壓尖峰，利用電感與電容的諧振工作實現(xiàn)能量的傳遞，將電容上的能量在一個開關周期內(nèi)轉(zhuǎn)移給負載。對兩種緩沖電路的具體工作過程進行了詳細的分析，并總結(jié)了緩沖電路各參數(shù)對開關器件電壓、電流應力的影響規(guī)律，給出了各參數(shù)的設計方法。實驗結(jié)果表明，緩沖電路的采用有效地抑制了原邊的電壓尖峰。
　　輸入電流波形質(zhì)量的高低是影響變換器功率因數(shù)校正效果的重要因素。本文推導了變換器輸入電流表達式，分析了輸入電流諧波含量的影響因素，

5、通過對諧波抑制方法的分析，最終采用了基于6次諧波注入的方法對變換器輸入電流諧波進行抑制。通過對變換器理想和非理想條件下等效電路的分析，發(fā)現(xiàn)由于主電路中各開關管和二極管存在導通壓降，當輸入電壓低于主電路壓降時，該相電流將出現(xiàn)死區(qū)，該死區(qū)隨著輸入電壓幅值的降低而增大。結(jié)合電路的工作原理，提出了一種死區(qū)補償策略，有效地消除了輸入電流的死區(qū)。
　　起動與關機磁復位問題是影響隔離全橋 Boost拓撲可靠性的重要因素，本文詳細分析了占空比恒定

6、情況下變換器的起動和升壓電感的關機磁復位過程以及起動和磁復位時過壓、過流的產(chǎn)生機理。結(jié)合電路特點，提出并設計了一種在輸出濾波電容上串聯(lián)電阻以提升有效輸出電壓的方法來實現(xiàn)電路的起動。在此基礎上，利用帶中心抽頭和反激式繞組的電感代替原有升壓電感，提出了一種基于反激式模式的APFC變換器的起動與關機磁復位策略，并設計了兩種分別針對采用并聯(lián)型和串聯(lián)型無源緩沖電路的APFC變換器的無損起動以及升壓電感的關機磁復位方案，最后，對比穩(wěn)態(tài)特性，給出了該