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1、-哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文1.2功率因數(shù)校正的提出、發(fā)展及意義從220V交流電網(wǎng)經(jīng)整流供給直流電壓是電力電子技術及電子儀器中應用極為廣泛的一種基本變流方案。輸入電路通常由半波或全波整流器及其后面的儲能電容器組成，該電容器能夠?qū)㈦妷壕S持在接近于輸入正弦波峰值電壓值處，直至下一個峰值到來時對電容再進行充電。在這種情況下，只在輸入波形的各峰值處從輸入端吸收電流，而且電流脈沖必須包含足夠的能量，以便在下一個峰值到來之前能維持負載電壓。這一過程通過在短時間內(nèi)將大量電荷注入電容，然后由電容器緩慢地向負載
2、放電來實現(xiàn)，之后再重復這一周期。電流脈沖為周期的10％到20％是十分常見的，這意味著脈沖電流應為平均電流的5~10
倍，三次諧波分量達90％，五次諧波分量80％[9,10]。圖1-1描述了這種情況。因此電工原理中線性電路的功率因數(shù)計算不再適用于AC/DC變流電路，現(xiàn)在用PF表示功率因數(shù)。功率因數(shù)校正電路對離線電源的輸入電流波形進行整形，以使從電源吸取的有功功率最大化。在理想情況下，電器應該表現(xiàn)為一個純電阻的負載，此時電器吸收的反射功率為零。在這種情況下，本質(zhì)上不存在輸入電流諧波。電流是輸入電壓(通
3、常是一個正弦波)的完美復制品，而且與其同相。如圖1－2所示。在這種情況下，對于進行所需工作所要求的有功功率而言，從電網(wǎng)電源吸收的電流最小，而且還減小了與配電發(fā)電以及相關過程中的基本設備有關的損耗和成本。由于沒有諧波，也減小了與使用相同電源供電的其他器件之間的干擾。當今眾多電源采用PFC的另一個原因，是為了符合規(guī)范要求。現(xiàn)在國內(nèi)的
電氣設備必須符合GB17625.1-2003標準[11,12]。為了實現(xiàn)功率因數(shù)校正，最初是在AC/DC變換器的輸入端增加無源元件，以補償濾波電容的輸入電流，如在輸入回路
4、中串聯(lián)電感器，限制輸入電流的上升率，延長導通時間，功率因數(shù)可以提高到0.9[13]。無源PFC技術電路簡單，容易實現(xiàn)，但校正效果有限，在實際應用中還受到體積、重量、性價比等各種因素的限制，目前主要在電力系統(tǒng)中有些應用。隨著功率半導體器件的發(fā)展，開關電源技術突飛猛進，有源功率因數(shù)校正(ActivePowerFactorCorrection簡寫為APFC)技術應運而生。1986年美國公布
《功率因數(shù)等于1的電源》的專利，這是最早的較完整的升壓式PFC電路[14]。八十年代是現(xiàn)代有源功率因數(shù)校正技術發(fā)展
5、的初級階段，此間的研究工作主要是基于boost變換器，工作方式圍繞連續(xù)導電模式或不連續(xù)導電模的理論研究。-----2-----哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖1-1沒有功率因數(shù)校正的輸入電壓、電流波形圖Fig.1-1WavesofinputvoltageandcurrentwithoutPFC圖1-2有功率因數(shù)校正的輸入電壓、電流波形圖Fig.1-2WavesofinputvoltageandcurrentwithPFC進入九十年代后，APFC技術取得了長足的進展，有關論文不斷出現(xiàn)。1992年以前
6、的PESCRecords上有關功率因數(shù)校正技術的報道很少，自1992年起，PESC設立了單相功率因數(shù)校正技術專題，這被看作是單相有源功率因數(shù)校正技術發(fā)展的里程碑，從此，不斷有新穎的功率因數(shù)校正原理、拓撲結構及控制方法出現(xiàn)。APFC控制器由分體電路發(fā)展到集成電路，PFC技術由理論研究也發(fā)展到實用化，現(xiàn)在有很多商業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)[15]。進入二十一世紀，PPC技術的研究方興未艾，特別在我國，對于這方面的要求和標準規(guī)范還不健全，本課題選在前級AC/DC中采用該技術的目的和意義具有如下幾點[16]:-3---
7、--哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文(1)開關電源功率因數(shù)校正技術作為電源的一門新興技術，它的作用和重要性得到廣泛的認可，如何提高功率因數(shù)己成為當今電力電子界的研究熱點；(2)提高功率因數(shù)是節(jié)省能源，提高電能質(zhì)量保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求；(3)針對諧波污染，國際上制定了各種相關的標準和規(guī)定，以限制諧波的危害，凈化電磁環(huán)境，如：BELLCORE001089，IECS55-2，IEEE519等，其中IEC55-2標準自1994年起在歐盟國家全面實施，所有不符合此標準的用電裝置不準在歐洲銷售；(4)
8、在用電設備中采用PFC來提高功率因數(shù)，提高效率，減少了電源整機成本，提高了可靠性，對于提高產(chǎn)品的競爭力具有十分重要的意義。1.2軟開關技術的提出及發(fā)展高頻化是開關變換技術的重要的發(fā)展方向，其原因是高頻化可以使開關變換器(特別是變壓器、電磁等磁元件和電容)的體積、重量大為減小，從而提高變換器的功率密度(單位體積的輸出功率)。而且開關頻率的提高對于降低開關電源的音頻噪聲和改善動態(tài)響應也大有好處[17,18]。但是，由于寄生參數(shù)(如：變壓器漏感、開關管輸出電容、二極管結電容)的影響，開關
