基于单周期控制的三相VIENNA+PFC电路设计
单周期控制的三相PFC技术研究

单周期控制的三相PFC技术研究作者:黄冠万里来源:《中国新技术新产品》2011年第12期摘要:本文给出了一种特殊的三相PFC电路,在分析了该电路的工作原理后,利用单周期控制技术于该电路。
运用该控制技术去实时控制开关的占空比使得在每个开关周期内,开关整流器输出斩波波形的平均值恰好等于控制基准信号,可以实现三相单位功率因数和低电流畸变。
所提出的控制器不需乘法器,仅由带复位的积分器、线性集成电路和逻辑器件组成。
简化了电路结构,使该电路易于实现。
本文最后通过理论分析、仿真研究和实验验证,证实了该电路及控制方式的合理性和可行性。
该变换器的输入功率因数较高,基本在0.99左右,THD能降到10%以下,具有一定的实用性。
关键词:单周期;三相;PFC中图分类号:M461 文献标识码:A1.引言单周期控制是一种非线性控制技术,该控制方法的突出特点是:无论是稳态还是暂态,它都能保持受控量(通常为斩波波形)的平均值恰好等于或正比于给定值,即能在一个开关周期内,有效的抵制电源侧的扰动,既没有稳态误差,也没有暂态误差,这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合,比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等[2-5],为达到理想的功率因数校正的目的,本文研究了一种基于单周期控制的三相三开关PFC电路,并根据分析所得,对电路进行了建模和仿真。
仿真结果给出了输入电流与输入电压的波形,并分析了不同情况下对输入电流的影响。
根据电路原理以及电路仿真,搭建了1KW的实验装置,对实验波形进行了分析。
2. 功率因数校正电路的分析在三相电源领域中,人们提出了许多的电路拓扑结构和控制方法。
本章给出了一种基于单周期控制的三相三开关PFC电路。
重点分析了其工作原理与采用的控制方式,并通过实验和仿真验证其正确性。
图一包括三个输入boost电感L1~L3,工作于电流连续导电模式(CCM),其中6个MOS开关器件及6个二极管等效构成三个双向开关[6]。
由于三相电路的对称性,电容中点电位UN与电网中点电位UO近似相等,因此通过控制三个双向开关的通断可分别控制相应相的电流。
一种单周期控制模式三相四线PFC电路的设计与实现

以 A相位为例, 当开关断开时 , 电流路径为 A,
D1L , aR D ,a D ,L,4到 N, 或者 由 A, 1 L , a L , D ,aD ,R
D 到 N两条路径 , 8 多了后者一条路径 , 如图 1 a 中 () 回路 1 所示; 同理 , 开关开通 , 电流会经过 A D ,a , lL , S , 4到 N, 者 由 A, ,a s , 8到 N, 合 到 aD 或 D1 L ,a D 耦
:
B ot os变换 器 的输 入 , 出 , 输 占空 比 D的关 系式为 : V ( i = 1一D) . 由式 ( ) ( ) : 4 ,5 得
R s= ( 1一D) o V /R . R
电阻.
() 5
() 6
其 中, 占空比 D =T / , o TR 是输入电流的等效检测
Ab ta t T e p p r d s rb s t e p n il f sn l- y l o t la d r ie rp s l o h e ・ h s o rl e P C s r c h a e e c e h r cp e o i ge- ce c n r i i c o n a s s a p o o a f t r e p a e fu ・i F ・ ・n sr c u e b sn h aa llo ig e p a e T e smu ai n mo e o r e p a e f u — n F o s o v r rw s b i t t r y u i g t e p r l fsn l — h s . h i l t d l f h e — h s rl e P C B o tc n e t a u l u e o t o i e t
三相维也纳整流pfc电路,基于 vienna 整流器的三相功率因数校正电路

三相维也纳整流PFC电路
介绍
三相维也纳整流PFC电路是一种用于改善三相电源功率因数的电路。
它基于维也纳整流器的原理,通过控制电流波形使其与电压波形同相,从而降低了谐波含量,提高了整体功率因数。
工作原理
维也纳整流器是一种变流器,通过控制开关管的导通与关断时间,将三相交流电转换为直流电。
在该电路中,加入了功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路,用于改善功率因数。
优势
•提高功率因数,减少无功功率的损耗。
•降低谐波含量,减少对其他设备的干扰。
•改善电网负载特性,减少电网的能量损耗。
应用领域
三相维也纳整流PFC电路广泛应用于各种需要高功率因数且对电网负载要求较高的设备,如电动机驱动器、变频器、交流电源等。
总结
三相维也纳整流PFC电路是一种重要的功率因数校正技术,通过减少无功功率的损耗和谐波干扰,提高了电力系统的效率和稳定性。
三相维也纳 (vienna) 主拓扑原理、控制及仿真

三相维也纳(vienna) 主拓扑原理、控制及仿真全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:三相维也纳(Vienna) 主拓扑是一种在电力系统中常用的控制技术,用于维持电力系统的稳定性和可靠性。
它基于维也纳(Vienna)这座美丽城市的名称,代表着其优雅和精密的特性。
本文将深入探讨三相维也纳主拓扑的原理、控制方法以及仿真技术。
一、三相维也纳主拓扑原理三相维也纳主拓扑是一种用于控制电力系统中电压和电流的技术,主要用于谐波抑制、无功功率补偿和电压调节等方面。
其基本原理是通过控制电容器和电感器的开关状态,调整电路中的电流和电压,使系统保持在稳定状态。
在三相维也纳主拓扑中,有三个分立的相位,分别控制电路中的三相电流和电压。
三相维也纳主拓扑的主要特点包括高效性、可靠性和精密性。
通过合理设计电路结构和控制算法,可以实现系统中电流和电压的高质量波形,提高电力系统的稳定性和可靠性。
在三相维也纳主拓扑中,控制方法是关键的一环。
常用的控制方法包括基于电压和电流的控制、谐波抑制控制和动态调节控制等。
这些控制方法结合了先进的电力电子技术和控制理论,能够有效地实现电力系统的优化控制。
基于电压和电流的控制方法主要是通过调节电容器和电感器的开关状态,实现对电路中电压和电流的动态调节。
谐波抑制控制方法则是通过识别和抑制系统中的谐波成分,减小谐波对系统的影响。
动态调节控制方法则是根据系统中的动态特性,实现对电路中电压和电流的动态调节。
为了验证三相维也纳主拓扑的性能和可靠性,仿真技术起着至关重要的作用。
通过仿真可以快速、准确地评估系统的动态特性和稳定性,为实际系统的设计和实现提供参考。
常用的仿真工具包括MATLAB/Simulink、PSIM和PSCAD等,这些工具提供了丰富的模型库和仿真工具,可以实现对电力系统中三相维也纳主拓扑的仿真分析。
通过仿真可以研究控制算法的优化、系统结构的设计和参数的选择等关键问题,为系统的实际应用提供重要的参考。
单周期控制三相VIENNA整流器

单周期控制三相VIENNA整流器冯鑫振;高捷【摘要】The attention devoted to reducing grid harmonic pollution is increasing. Power tactor correction (PFC) is an effective method to reduce harmonic current in power grid. This paper researches a three-phase VIENNA PWM rectifier based on one-cycle control(OCC). The control rules of a three-phase VIENNA rectifier by one-cycle control are deduced. Compared with other control program does not require multipliers, without the power supply voltage detection, so this control logic is relatively simple and can be achieved with congtant switching frequency, the unit power factor correction and low current distortion. The simulation results verify the theoretical analysis.%电网谐波污染已经引起世界各国的高度重视,功率因数校正(PFC)是治理谐波的一种有效方法。
文章对基于单周期控制的三相VIENNA整流器进行了研究,推导了单周期控制三相VIENNA整流器的控制规律,与其它控制方案相比不需要乘法器,不需对电源电压进行检测,控制逻辑比较简单并且以恒定开关频率工作,能够实现单位功率因数校正和低电流畸变。
单周期控制的三相PFC技术研究

1 . 引言
文 献标识 码 : A
其 中
= , = i, = , , t,
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一
1
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’1’ ’ T 、
单周期控制 是一种非线性 控制技术 ,该控 联系单周期 控制技术 的原 理 ,可定义积分 制方法 的突出牛| 寺 是: 论是稳态还是暂态 , 无 它 常数 T= T,并用峰值 电感 电流 i j j 代 都能保持受控量( 通常为斩波波形) 的平均值 恰好 替上式 中的 i i 。 故上式可 以化为 等于或正 比于给定值 ,即能在一个开关 周期内 , I 一 ・‘ f i = l ( ) ’ 有效 的抵制 电源侧 的扰动 ,既没有稳态误差 , 也 { 1 =, ( )R・ 一 没有暂态误差 , 这种控制技术可广泛应用于非 线 lO d:/ E — R¨ , ) 性 系统 的场合 , 比如脉宽调制 、 振 、 谐 软开关 式的 基 于以上理论分析 ,通 过设计适 当电路来 变换器等 ,为达 到理想 的功率 因数 校正的 目 实 现上式 的等式关 系, 即可达到功率因数 校正的 的, 本文研究 了一种基于单周期控制的三相三开 目的。 关 P C电路 , 据分析所得 , F 并根 对电路进行 了建 4 实验 电路 的设计 . 模 和仿真。 仿真结果给 出了输入 电流与输入 电压 主电路的设 计主要 包括主开关器件的选用, 的波形 ,并分析 了不 同情况 下对输入 电流 的影 输 入电感 的选取 , 电容的选取等 滤波 响 。根据电路原理以及电路仿真 ,搭建 了 1 W K 系统框图如 图 4 所示 , 电路 的主要 技术 . 1 本 的实验装 置 , 对实验波形进行 了分析 。 参数为 :输入线 电压有 效值 :OV 输入 电压的 IO 2 功率因数校正电路的分析 . 频率 为 : H ;开关频 率为 :K z 出额 定功 5 z 0 5H 输 在三相电源领域 中 ,人们提 出了许 多的 电 率 :K ; I W 负载 电流 :7 ; 出直流 电压 : 5 ; 3 A输 . 2 V 7 路拓扑结构和控制方法。 本章 给出了一种基于单 本 实 验 所 采 用 的 厂r —] 周期控制 的三相三 开关 P C电路。重点分析 了 F 7 5 L { 十十【 ÷一 片 为 M59 9 。 f —一 一 i 芯 _ 其工作原理与采用 的控制方式 , 并通过实验 和仿 M5 9 9 7 5 驱动 器输 毒 +{F — _ 蒜斟 _ _ J 真验 证其正确性。图一包括三个输人 bo 电感 os t 入 经 高 速 光 耦 隔 — +卜 L ~ 3工作 于电流连续 导电模式 (C , 中 1 L, C M) 其 离 ( 缘 强 度 绝 6 MO 开关器件及 6 个 S 个二极 管等效构成三个 2 0 VA ,mi) 50 C1 n. l } L } _ = _l L … 双 向开关目 由于三相 电路 的对称 性, 中点电 j_ 。 电容 与 二 三 TT 兼容。 二 位 U 与 电网中点 电位 U 近亿相等 , 。 【 因此通过控 竺 t : 二二 5 实验 与仿 = : = . 制 三个双 向开关 的通断可分别 控制相应相 的电 真 图2 流 。开关合上时 相应相 的电流幅 值增大 , 开关断 用 P PC S I E软 开 时相应桥臂上的二极管导通 ( 为正时 , 电流 上 件对该 电路进行 了仿真实验 , 将所研 究的基 于单 桥 臂 二 极 管 周期控 制的三相三开关 P C电路进行 了主 电路 F 导通 ; 电流 为 和控制 电路 的仿真 , 仿真波形与理论分析结 果基 负时 , 桥 臂 本一致 。 下 二极管 导通) , 在 原理分析和 电路仿 真基础上 ,搭 出了本 在 输 出 电 压 文所研究的三相 P C电路 , F 并进行 了相关 实验 , 作 用 下 电 感 实验中首 先输 入线 电压 为 5 V 图 4 0 , 为不加驱动 中电流 减小 , 信号的输 入电流波形 , 5 图 为采用单周期控 制之 图 1 从 而实 现对 电 后的输入电流波形 , 以看 出电流波形有明显改 可 流的控制 。 善 图 , 4的电流波形 T D为 1. %, 5的 图 H 45 图 4 3 单周期控制技术 . 电流波形 T D为 7 9%。 H .5 8 单周期控制技术 的特点就是要 保证变换器 l _ 的输 出电压在每一个 开关周期 内都 等于给定参 考 电压 。当给定参考电压为常数时 , 变换器输 出 也等效成稳定的直流电源。 因此单周期控 制技术
基于单周期控制的通用三相PFC控制器的研究_张厚升
图4 Fig.4 三相 PFC 控制器的单周控制模块 The one cycle control block of proposed PFC controller
4
试验研究
为了验证该理论分析的正确性,根据图 1 所示
路,试验条件如下:输入电压为 90V,输出电压为 400V , 开 关 频 率 为 55kHz , 交 流 输 入 侧 电 感 为 0.8mH,用示波器测得的等效开关的驱动脉冲 Qp 、 Qn 如图 5 所示,A 相的电压、电流波形如图 6 所示,
Study of a General Three-Phase PFC Controller Based on One Cycle Control
Zhang Housheng1 Hu Zhenying2 Liu Xueting1 Zibo 255049 China 518057 China) Shenzhen (1. Shandong University of Technology
的三相整流器搭建了一个 500W 的三相 PFC 试验电
图2 Fig.2
标准的三相电压波形 3-phase voltage waveforms
在假定三相电源平衡、输入电压为正弦波、三 相电路参数对称、元器件的正向阻抗以及其他寄生 参数忽略不计的情况下,在区间 [0° ~ 60°]内,开关 Sa 一直处于导通状态,通过控制开关 Sb 、S c 使相电 流 ib、 i c 分别跟踪各自相电压 v b 、 v c, 由于 v a+ v b + v c=0, i a+ i b + i c=0,因此相电流 i a 也将跟踪相电压 v a ,也即 可以实现单位功率因数 。
2004 年 9 月 第 19 卷第 9 期
单周期控制三相VIENNA整流器
关 键 词 :V E I N单 功 谐
中 图分 类 号 : M4 4 T 6 T 6 。 N8
文献 标 识 码 : A
Th e — a eVI r ePh s ENN A ci e y On — ceCo to Re t irb eCy l n r l f
FENG n z e 。 Xi-h n ,GA0 i2 Je
( . t t y La o a o y o v n e e to a n t g n e i g a d Te h o o y Co lg fElc rc l n 1 S a e Ke b r t r fAd a c d Elc r m g e i En i e r n c n l g , l e o e t ia d c n e a
2 .Ch n h p De eo me ta d De i n Ce t r i a S i v l p n n sg n e ,W u a 3 0 4,Ch n ) h n4 0 6 ia Ab ta t s r c :Th te to e o e o r d cn r a mo i p l to si c e sn .Po rf co o r c in ( FC)i n e a t n in d v td t e u i g g i h r n c o l i n i r a i g d u n we t rc r e t a o P sa ef c i e me h d t e u e h r n c c r e ti o r g i . Th s p p rr s a c e h e - h s ENNA fe t t o O r d c a mo i u r n n p we r v d i a e e e r h s a t r e p a e VI PW M e t ir r cie f b s d o n - y l o t o ( a e n o e c c e c n r l OCC) Th o to u e fa t r e p a e VI . e c n r l l so h e - h s ENNA e t ir b n - y l o t o r e u e . r r c i e y o e c c e c n r la e d d c d f Co a e t t e o t o r g a d e o e u r li l r ,wih u h o rs p l o t g e e t n O t i c n mp r d wi o h r n r l o r m o sn tr q iemu t i s h c p p e t o tt ep we u p y v l ed t c i ,S h s o — a o t o o i sr lt ey s p e a d c n b c iv d wih c n t n wi h n r q e c 。t e u i p we a t r c r e t n a d r llg c i ea i l i l n a e a h e e t o g a t s t i g fe u n y h n t o r ̄ c o o r c i n v m c o lw u r n it r in o c r e td so t .Th i lto e u t e i h h o e ia n l ss o e smu a in r s l v rf t e t e r t l ay i. s y c a
由单相功率因数校正(PFC)实现三相PFC的方案介绍
由单相功率因数校正(PFC)实现三相PFC的方案介绍由单相功率因数校正(PFC)实现三相PFC的方案介绍引言电力电子装置的广泛应用,给公用电网造成严重污染,谐波和无功问题日益受到重视。
为了减轻电力污染的危害程度,许多国家纷纷制定了相应的标准,如国际电工委员会的谐波标准IEEE5552和IEC100032等。
功率因数校正(Power Factor CorrecTIon,简称PFC)技术,尤其是有源功率因数校正(Active Power FactorCorrection,简称APFC)技术可以有效的抑制谐波,已成为研究的热点。
单相APFC技术的研究比较成熟,已有不少商业化的专用控制芯片,如UC3854,IRll 50,LTl508,ML4819。
与单相功率因数校正整流装置相比,三相PFC整流装置具有许多优点:(1)输入功率高,功率额定值可达几千瓦以上;(2)单相PFC整流装置输入功率是一个两倍于工频变化的量,但在三相平衡装置中,三相输入功率脉动部分的总和为零,输入功率是一恒定值,三相PFC整流装置输出功率的脉动周期仅为单相全波整流的三分之一,脉动系数低,因此可以使用容量较小的输出电容,从而可以实现更快的输出电压动态响应。
三相APFC技术正成为众多学者研究的重点,但其实现有一定的困难,而且还未见成熟的专用控制芯片。
若能将单相APFC电路简单整合成一个三相APFC电路,将能充分利用成熟的单相控制芯片,制作出满足要求的三相APFC装置。
1 由单相APFC组合成三相APFC的几种方法单相PFC组合成三相PFC的技术优势是:(1)无需研究新的拓扑和控制方式,可直接应用发展比较成熟的单相PFC拓扑,以及相应的单相PFC控制芯片和控制方法;(2)电路由多个单相PFC同时供电,如果某一相出现故障,其。
基于单周期控制的三相VIENNA整流器中点电压平衡控制策略
Control Strategy for Neutral鄄point Voltage Balance of Three鄄phase VIENNA Rectifier Based on One鄄cycle Control
XU Guanjun, WANG Cong
10
电源学报
总第 79 期
有源电力滤波器尧PFC 和开关功率放大器等领域遥 中点电位波动是中点箝位 NPC渊neutral point cl鄄
amped冤结构变换器固有的问题遥 对于三电平变换器 而言袁中点电位交流波动袁不仅会导致输出电压谐 波增大袁而且会损坏开关器件和输出侧电容袁从而 对变换器的稳定运行产生较大的安全隐患遥 针对这 一问题袁学者们提出了许多解决方案袁主要包括硬 件和软件两个方式遥 对于硬件方式则是通过电路结 构上的改进来实现袁而对于软件方式主要从控制策 略上进行改进袁主要分为两类袁一类是基于空间矢 量脉宽调制的方法袁另一类是基于载波脉宽调制的 方法遥 文献[7鄄8]多是通过重新分配冗余小矢量的作 用时间来实现中点电压平衡袁但控制策略的算法复 杂袁运算量较大袁应用起来比较困难曰文献[9鄄10]多 是通过向控制系统中注入零序分量来维持中点电 压平衡的控制策略袁但是零序分量具体量计算非常 繁琐袁不易于应用且会增加成本曰文献[11]针对三电 平中点电压问题提出了一种基于载波变幅的 SP鄄 WM 调制策略袁 有效地实现对中点电压平衡控制袁 但调节时间较长且控制较为复杂袁实现起来具有局 限性遥 而对于采用单周期作为控制策略的 VIENNA 整流器袁 直流侧电容中点电压平衡控制的研究较 少遥 其中文献[12]在单周期控制的基础上提出了一 种向三相输入电流中注入 3 次谐波分量的方法袁虽 然起到抑制中点电位波动的作用袁但需要基于输入 电流进行三相正弦波交割构造 3 次谐波袁从而增加 了其控制复杂程度袁使得该控制策略应用起来具有 一定的局限性曰文献[13]采用扩展状态空间平均法 进行建模分析袁计算出了影响中点电压平衡的零序 分量袁同时采用模拟电路来实现控制袁取得了一定 的效果袁但却没有从理论上给出所注入零序分量的 具体含量以及对中点电压平衡的具体影响遥
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Subject :Design on PFC Circuit of Three Phase VIENNA Structure Based on One-cycle Control
论文题目:基于单周期控制的三相 VIENNA PFC 电路设计
专 业:电力电子与电力传动
硕 士 生:雷 云
(签 名)
指导教师:刘树林
(签 名)
摘要
随着电力电子设备的广泛使用,其在电网中产生的大量谐波严重影响了供电质量、 增加了电网损耗,严重情况下会造成设备异常甚至损坏。利用功率因数校正(PFC)技术可 以有效降低谐波含量,减少谐波对电网的污染。近年来,针对三相大功率应用场合的三 相 PFC 技术成为业界的研究热点之一。
Specialty :Power electronic&Power drives
Name
: Lei Yun
(Signature)
Instructor : Liu Shulin
(Signature)
ABSTRACT
With the wide use of power electronic equipment, the plenty of harmonics generated in the power grid seriously affect the quality of power supply, increase the network loss, seriously, can cause equipment abnormal and even damaged. Take advantage of power factor correction (PFC) technology, it can effectively drops the harmonic content, reduces the harmonic pollution to power grid. In view of the three-phase high power applications, the three-phase PFC technology has become one of the research hotspot in recent years.
本文首先对三相 PFC 技术进行了简要的介绍,总结了目前各种常用的三相有源功率 因数校正电路的拓扑与控制方法。在此基础上对单周期控制的三相 VIENNA 结构 PFC 电路进行研究,分析了单周期控制的基本原理并介绍了三相三开关三电平(VIENNA)拓 扑。对该拓扑解耦后的串联双 Boost 电路进行数学建模并对其工作过程进行分析,得出 该控制方式下电路的核心控制方程。并以单周期控制芯片 ICE2PCS01 为核心,提出了控 制电路的详细设计方法。根据以上分析,给出了单周期控制的三相 VIENNA 结构 PFC 电路的整体设计方案,其中包括主电路中的输入电感、开关管、功率二极管、输出滤波 电容等元器件参数设计及选型,控制电路中的区间选择电路、输入多路开关电路、输出 逻辑电路设计。
Firstly, the three-phase PFC technology is briefly introduced in this paper, the common three-phase active power factor correction circuit topologys and control methods are summarized. On this basis, the PFC circuit of three-phase VIENNA structure based on one-cycle control is researched in the paper, the basic principle of one-cycle control is analysed and the three-phase VIENNA topology is introduced. From the mathematical modeling and the working process analysis of the tandem double boost circuit which decoupling after this topology, the circuit core control equation of the control mode is given in the paper. And with one-cycle control chip ICE2PCS01 as the core, the detailed design method of the control circuit is proposed. According to the above analysis, the overall design scheme about PFC circuit of the three-phase VIENNA structure based on one-cycle control is given in the paper, including the design and selection of the main circuit component parameters, such as the input inductor, switch tube, power diode, output filtering capacitance, and the schematic design of the control circuit, such as the interval selection circuit, multi-channel switch input circuit and output logic circuit.