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一种新型软开关PFC电路的分析及仿真
2010年3月3日 13:30  电源世界  

摘要:本文引入了一种新型的软开关PFC电路,首先分析了开关电源的发展历程,然后讲了谐波给公共电网造成的危害,再给出了这种软开关PFC的电路拓扑及原理图并对其工作原理进行了分析,最后对其参数进行设置在MATLAB软件进行了仿真,并得到了良好的电压电流波形,而且减小了电路的损耗,提高了电路的效率,实现了小型化,绿色化的要求。

叙词:开关电源 软开关 PFC MATLAB 小型化 绿色化

0 引言

电源发展到今天,经历了相控电源,线形电源,和开关电源的发展历程,并且现在更朝着小型化绿色化的方向发展。相控电源体积大,重量重,有庞大的工频变压器和电抗器及电容,变压器电抗器铁损及铜损较大,有温升散热通风问题,其中和效率只在60%~80%左右,功率因数低,约为0.6~0.7,稳压、稳流精度差,小于2%,纹波系数大,小于2%,无备份或1+1备份,故障或检修时必需停机处理,并且有些元件是无法更换的,由分立元件组成,难以控制,自动化程度低,在输入电源波动较大或严重不平衡时,无法输出稳定的直流电,庞大的工频变压器及电抗器发出的噪音较大,约有60dB。由于相控电源的这么多的缺点,就迫切需要一种新型的电源来代替它,随着半导体器件的发展,也给开关电源的出现提供了契机。开关电源体积小,重量轻,综合效率高,大于96%,功率因数高,大于0.92,稳压、稳流精度高,小于0.5%,纹波系数小,小于0.1%,模块积木式组合结构,实行N+1配套,可以在运行中带电更换模块,维护方便,可靠性高,自动化程度高,具有智能设备的性能,有微机控制、远端接口,组成智能化电源系统,便于集中监控,实现无人值守,一般相控难于做到的,开关电源均能做到,对交流输入电源要求范围宽,在输入电源波动较大或严重不平衡时,仍能输出稳定的直流电,电源的噪音主要是风机发出的噪音,噪音小于50dB。线形电源也由于其体积大,效率低少出电源,只在对效率要求不高的情况下运用于小功率电源中。

由于在相控整流电路中由于其基波电压和基波电流存在位移因数,在开关整流电路中只有当线路的峰值电压大于滤波电容两端的电压时,整流元件中才有电流流过,因此造成了功率因数低,形成了谐波电流。谐波电流对电网又存在以下几方面的危害,影响了绿色化的实现。

①谐波电流的“二次效应”,即电流流过线路阻抗而造成的谐波压将反过来使电网电压波形也发生畸变。

②谐波电流引起电路故障,损坏设备。如使线路和配电设备过热,谐波电流还会引起电网LC谐振,或者高次谐波电流流过电网的高压电容,使之过流、过热而导致电容器损坏。

③三相四线制电路中,三次谐波在中线中的电流同相位,合成中线电流很大,可能超过相电流,中线又无保护装置,使中性线因过流而导致中型线过热而引起火灾并损坏电气设备。

④谐波电流对自身及同一系统中的其它电子设备产生恶劣的影响,如引起电子设备误操作,引起电话网噪音,引起照明设备故障等。

随着功率因数技术的发展,越来越多的功率因数校正技术及其拓扑被提了出来,现有的有单级功率因数校正,两级功率因数校正。按相数分可分为单相的和三相的。不同的拓扑或多或少的存在这样或者那样的问题。随着提出了绿色化的同时,人们也越来越多的追求高效率,高功率密度,低EMI,小型化的电源,因此,本文所要提出的新型软开关功率因数电路就应运而生。

1 主电路拓扑


下面对电路的各个时段的工作过程进行一一分析

                             

编 辑:王群芳
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