[發明專利]具備有源功率解耦功能的功率因數校正器及其控制方法

有效

• 申請號: 201810871732.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109194113B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 張巖;丁愷誠;劉進軍;張金水
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M1/12;H02M7/217
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了具備有源功率解耦功能的功率因數校正器及其控制方法，在現有升壓型功率因數校正變換器的拓撲基礎上加入緩沖電路，通過對交流側電流波形和直流側輸出電壓的直接控制，將二倍工頻的功率波動自動轉移到緩沖電容上，實現了校正功率因數和穩定輸出電壓的控制目標。有效降低了變換器對于電容器件的需求，實現將電解電容置換為薄膜電容，因此提高了變換器的功率密度，使用壽命及可靠性。同時，提出的變換器基于升壓型拓撲，二極管全橋整流器直流側電流連續，相比于基于降壓型拓撲和升降壓型拓撲的變換器具備交流側高頻諧波分量更低，簡化濾波器設計的優勢。

技術領域

本發明屬于電力技術領域，具體涉及具備有源功率解耦功能的功率因數校正器及其控制方法。

背景技術

單相交流-直流變換器作為單相交流電網和直流負載之間的接口設備，承載單相交直流電能轉換的職責并為用電設備提供穩定的能量，在現代社會生活中具有廣泛的應用。為了確保單相交流電網的電能質量，單相交流-直流變換器往往需要具備實現功率因數校正的能力，在保證網側交流電流基波與交流電壓同相位的同時消除交流電流的低次諧波成份。然而，單相交流-直流能量轉換系統存在一個固有問題：從交流網側注入變換器內部的瞬時功率除穩定的直流功率分量外，還包含了二倍工頻的功率波動分量。二倍工頻的功率波動會導致變換器直流側的輸出電壓產生明顯的二倍工頻電壓紋波，因而變換器輸出側不能直接連接負載設備。例如，對于發光二極管驅動的應用，功率波動會致使發光二極管發生肉眼可見的閃爍現象。而對于電池充電器的應用，功率波動會導致電池在充電過程中過熱。

為了解決單相交流-直流系統的功率波動問題，傳統的解決方案是采用無源功率解耦策略，即在交流-直流變換器的后級級聯一個直流-直流變換器形成兩級結構，前級校正功率因數，后級穩定輸出電壓，兩級獨立控制。此外，為了抑制前后級連接處的二倍工頻電壓紋波，需要在該位置并聯一個具有很大容值的電容器，而往往這種情況下只能夠選擇電解電容。大容值的電解電容器通常體積較大，一定程度上限制了變換器系統的功率密度。此外，電解電容的壽命相較于其他類型的電容器較短，因而又限制了變換器的使用期限，同時對系統的可靠性產生不可忽視的負面影響。

為克服無源功率解耦方案的不足，有源功率解耦方案近些年得到廣泛關注。其實施辦法是在原有變換器的基礎上加入緩沖電路，利用緩沖電路內部的儲能器件吸收功率波動，保證交流側校正功率因數的同時直流側穩定輸出電壓，有效避免了電解電容的使用。(現有文獻Yao Sun,Yonglu Liu,Mei Su,Wenjing Xiong and Jian Yang,“Review ofActive Power Decoupling Topologies in Single-Phase Systems”.IEEE transactionson power electronics,vol.31,no.7,pp:4778-4794,July 2016)現階段可提供有源功率解耦功能的功率因數校正變換器多為降壓型變換器，其特點是二極管全橋整流器的直流側電流不連續，一方面使得交流測的濾波器設計變得復雜困難，另一方面導致交流側電流開關次諧波含量較高，對交流側電能質量產生一定程度的負面影響。

發明內容

本發明的目的在于提供具備有源功率解耦功能的功率因數校正器及其控制方法，采用有源功率解耦方案避免了電解電容的使用，同時基于升壓型拓撲二極管全橋整流器直流側電流連續的特性有效降低了交流側電流諧波含量，簡化了交流側濾波器的設計。