由单相有源功率因数校正(APFC)组合成三相APFC的几种方法
基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究
基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究有源功率因数校正(APFC)技术是抑制电流谐波、提高功率因数的有效方法。
在中大功率领域,一般采用三相APFC技术,与传统的三相两级APFC相比,三相单级APFC具有结构简单、功率密度高、效率高等优点,是电力电子技术领域中的一项重要研究方向。
目前,三相单级APFC技术在小功率领域的研究已经比较成熟,而在中大功率领域的研究仍处于发展阶段。
在大功率场合,变换器一般采用全桥结构,本文以一种基于隔离全桥Boost拓扑的三相单级APFC技术为研究课题,对变换器的拓扑结构、电压尖峰、输入电流谐波与死区、起动与关机磁复位问题进行了研究,并提出了一些新方法及思路。
提出了两种基于隔离全桥Boost拓扑的三相单级APFC变换器。
该变换器工作于电感电流断续(DCM)模式,输入电流峰值自动跟踪输入电压,在实现功率因数校正的同时实现了输入输出侧的电气隔离以及输出直流电压等级的调节;该变换器借鉴移相全桥电路的控制策略,在不增加任何辅助元器件的条件下,实现了上桥臂开关的零电流开关以及下桥臂开关的零电压开关。
对该变换器的功率因数校正机理、升压电感电流断续条件、工作模态以及变压器原边电压尖峰的产生机理进行了详细分析,为后面问题的研究奠定了基础。
原边电压尖峰的存在增加了各开关的电压应力,降低了变换器的可靠性,必须采取有效措施对其进行抑制。
结合所提出的APFC变换器的特点和电压尖峰的产生机理,提出了两种基于无源缓冲的电压尖峰抑制方法(即并联型和串联型无源缓冲)。
两种缓冲电路均由电容、电感和二极管组成,利用连接在原边回路中的电容有效地吸收了电压尖峰,利用电感与电容的谐振工作实现能量的传递,将电容上的能量在一个开关周期内转移给负载。
对两种缓冲电路的具体工作过程进行了详细的分析,并总结了缓冲电路各参数对开关器件电压、电流应力的影响规律,给出了各参数的设计方法。
实验结果表明,缓冲电路的采用有效地抑制了原边的电压尖峰。
功率校正pfc原理说明
有源功率因数校正（APFC）原理说明APFC 基本电路就是一种开关电源，但它与传统的开关电源的区别在于：DC/DC 变换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都受到实时的检测与监控，其控制的结果是达到全波整流器输入功率因数近似为 1 。
本次设计采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM），基于功率因数校正芯片UC3854设计的。
主电路由二极管桥式整流电路与Boost升压型DC-DC变换器组成，控制电路主要由UC3854芯片组成，包括基准电压Ur、电压误差放大器V A、电路误差放大器CA、乘法器M、脉宽调制器PWM及驱动器。
具体工作过程为：输入电压Uo与基准电压Ur比较后，误差信号经过误差发达器放大后送入乘法器，与全波整流电压取样信号共同送到乘法器输入端，相乘后形成基波电流信号输出，基波电流信号与电流反馈信号经电流误差放大器CA相比较后输出信号，再与锯齿波信号相比较后形成PWM信号驱动功率开关管VT工作。
由于全波整流电压信号Udc为双半波正弦信号，稳定时电压误差放大器输出信号恒定，所以乘法器输出的基准电流信号波形和二极管桥式整流输出电压信号一致，也是双半波正弦信号，与高频的锯齿波信号比较后形成高频的PWM信号驱动开关管VT,可以迫使电感电流信号即输入电流信号在每个周期内按正弦规律变化，且与电路输入电压信号同相位，从而使输入电流跟踪输入电压，尽可能消除电流与电压的相位差，从而实现功率校正，提高功率因数，使功率因数近似为1。
采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM）的原因:Boost 升压型变换器具有电感电流连续、储能电感能抑制RFI 和E．MI 噪声、流波形失真小、输出功率大及驱动电路简单等优点，因此常被用来作为有源功率因数正主电路拓扑。
平均电流控制法（CCM）：CCM 采用乘法器方法来实现APFC，其电路相对复杂，但工作频率固定，电感电流连续，开关管电流有效值小、EMI 滤波器体积小、输入电流波形失真小。
单相转三相电源系统设计方案的探讨
单相转三相电源系统设计方案的探讨郭磊，星成武摘要：提出接触网供电单相转三相电源设计方案，采用有源功率因数调节电路实现直流升压，通过三相四线逆变桥实现三相功率的逆变输出，形成了一种适用于电气化铁路接触网取电的单三相电源供电方案。
经试验验证，该方案设计合理，电能输出满足国标要求。
关键词：单三相电源；逆变；方案设计0 引言我国电气化铁路三相负荷供电一般接引自地方电力线路，由沿线的专用配电所或邻近的箱式变压器引出，为特定的非牵引负荷供电。
然而对于特殊地区，如山区、隧道，不具备直接接引三相电力电源的条件，受牵引网27.5 kV单相供电制式的制约，也无法直接从接触网取电。
因此，电气化铁路特殊区段单相转三相电源装置应用需求迫切。
回顾国内外单相转三相电源解决方案，早期的有旋转劈相机、单-三相变压器、电容劈相器等，这些解决方案普遍存在谐波含量大、三相电压平衡度差、结构复杂、现场调试困难等缺点。
随着电力电子技术的发展，先后出现了采用半导体晶闸管、GTO、IGBT等为代表的逆变电源装置，具有电源输出稳定、带载能力强、抗干扰、体积小等优点。
本文研究采用电力电子装置实现接触网取电单三相逆变电源的方案设计。
该方案具有隔离输入侧干扰、容量大、体积小等优点，适合作为电气化铁路牵引变电所三相配电电源使用。
1 方案设计该方案设计从接触网取电，通过27.5/0.23 kV变压器进行降压，再接引整流逆变装置，主接线如图1所示。
3) 腹地货源对港口群干支航线网络的形成起主导作用，虽然非核心枢纽港腹地货源改善有助于提升这些港口的转运功能，但是由于其已开发干支泊位资源的不足，港口群整体的转运效率明显下降。
单三相逆变电源装置包括整流、逆变模块。
整流模块采用二极管不控整流桥，通过有源功率因数校正（Active Power FactorCorrection，APFC）电路实现电压升压；逆变模块采用IGBT的三相四线桥，实现三相逆变输出。
图1 方案主接线示意图1.1 APFC整流电路控制结构采用APFC电路，将Boost的DC-DC开关变换器（由开关管和相应控制电路组成）接在整流桥和输出电容之间，应用电流反馈技术，通过控制电路迫使输入端电流在整个周期内严格跟踪交流输入正弦电压波形，因而其功率因数高，THD值小，可实现提高功率因数、抑制谐波电流的功能，并且能在较宽的输入电压范围内工作，可有效解决谐波污染，明显减小输入电流的谐波失真度。
三相双开关PFC电路分析及在CCM模式下的控制策略
三相双开关PFC电路分析及在CCM模式下的控制策略APFC(active power factor correction)技术就是用有源开关器件取代整流电路中的无源器件或在整流器与负载之间增加一个功率变换器，将整流输入电流补偿成与电网电压同相的正弦波，消除谐波及无功电流，提高了电网功率因数和电能利用率。
从解耦的理论来看，三相PFC技术可以分成不解耦三相PFC、部分解耦三相PFC以及完全解耦三相PFC三类。
全解耦的三相PFC，如6开关全桥电路，具有优越的性能，但是控制算法复杂，成本高。
单开关的三相boost升压型PFC电路工作在DCM模式下，属于不解耦三相PFC，由于它的成本低，控制容易而得到广泛应用，但是开关器件电压应力大，电源容量难以提高，只适用于小功率场合。
部分解耦的三相PFC电路具有低成本、高效的特点，具有广阔的应用前景。
三相双开关电路就是典型的部分解耦PFC电路。
本文针对该电路的工作原理和控制策略进行了仿真和实验。
1 三相双开关PFC电路CCM下的工作原理1．1 主电路结构电路将三相交流电的中性线与2个串联开关管S1，S2的中点以及2个串联电容C1，C2的中点相连接，构成三电平(正、负电压和零电压)结构，2个串联电容分别并联平衡电阻R1，R2，使上、下半桥作用于电容C1，C2的输出电压相等。
电路结构如图1所示。
由于中性线的存在，上下半桥相互独立，形成部分解耦的基础，并且开关器件承受的电压只有输出电压的1／2，降低了对开关管的选型要求。
在此基础上提出一些新的双开关拓扑结构，但结构复杂，难以控制。
1．2 过程分析由上述分析，上、下半桥可作为独立结构分析。
以上半桥为例，等效电路图如图2所示。
由三相电压的对称特性，每2π／3的区间里，只有一相正相电压最大，如果能使每相的瞬时电流在2π／3的区间里跟踪其最大相电压，即可实现最大程度的电流校正。
根据这样的思路，现分析[π／6～5π／6]中a相电流的变化，因为这段区间Ua最大，可分3个阶段分析。
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IEEE555—2和IEC—1000—3—2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，其余两相仍能继续向负载供电，电路具有冗余特性;(3)由于单向模块的使用，因此需要更少的维护和维修，而且有利于产品的标准化;(4)与三相PFC相比，不需要高压器件等。
下面将对由单相PFC实现三相PFC的几种方法分别进行介绍。
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。
有源功率因数校正APFC之电路应用分析
传统的A C -D C 电源转换电路，一般由抗电磁干扰E M I电路、整流桥整流后电解电容滤波组成。
为保证需要的稳定的直流电压，采用大容量的电解电容，导致流经整流二极管的电流非典型的正弦波而是断续导通，形成大量的多次谐波，导致交流电网电压畸变。
随着大功率电子设备及产品的广泛使用，电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重，功率因数低，导致电能利用效率降低。
功率因数校正电路，又根据英文名称简称为PFC(Power Factor Correction)电路，采用设计良好的PF C电路，可提高整个电路的功率因数，进而有效提高电网的供电质量，改善用电设备的用电环境，保障设备的使用安全及提高设备的使用寿命，并可节约电能，减少电费开支。
同时可减少电网的功率损失，提高电网的输电效率。
1 功率因数校正电路的技术发展以前通常采用无功补偿﹑无源﹑有源滤波器等方法改善电网环境。
传统的功率因数校正方法，为缩小电源输入的电流波形与电压之间相位差，通过外加合适的感、容元器件，可提升功率因数到0.7～0.8。
改进的P P F C 功率因数校正电路称为无源功率因数校正，其特点是利用整流桥后面的PPFC电路来大幅度增加整流管的导通角，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，功率因数能提高到0.9；与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的电感器件。
但也存在着整流输出电压随电网电压波动而波动，影响产品的性能和寿命，以及电路中总体谐波含量仍较大的问题。
近年来，集成电路控制的有源功率因数校正（A PF C）技术成为提高功率因数行之有效的方法，有源功率因数校正电路可以很好的解决以前功率因数矫正电路存在的有源功率因数校正APFC之电路应用分析周德智(威海市市政建设公用事业管理处 山东威海 264200)摘 要：近年来集成电路控制的有源功率因数校正（APFC）技术成为提高功率因数行之有效的方法，本文主要介绍了有源功率因数校正电路（APFC）的工作原理，并基于L6562芯片设计了一种实际应用的有源功率因数校正电路，分析了该电路的工作原理，着重说明了L6562外围电路的参数选择与设计，与以前采用的功率因数补偿电路相比较，该电路简单，功率因数补偿效果显著，电流的总谐波失真（THD）小于10%，功率因数可以大幅提高到0.99以上；一个设计良好的APFC应用电路,能达到延长电气产品寿命、减少用电设备对电网的干扰、提高用电效率的目标。
基于DSP的三相APFC的研究与实现最终版
基于DSP的三相APFC的研究与实现最终版基于DSP的三相APFC的研究与实现是一项重要的研究课题，旨在提高交流电力系统的功率因数和电能质量。
DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）是一种能够处理模拟信号和数字信号的专用微处理器，广泛应用于信号处理、控制系统等领域。
三相APFC（Active Power Factor Correction，有源功率因数修正）是指通过控制转换器，使得输入电流与输入电压的相位差尽可能小，从而实现功率因数的修正。
DSP作为控制器，可以实现高精度的控制和灵活的调节。
该研究与实现工作主要包括以下几个方面：1.模型建立：首先，根据三相交流电源的特性和电路拓扑结构，建立三相APFC系统的数学模型。
该模型考虑了输入电流的调节、电流控制环、电压控制环等各个方面的因素，并综合考虑了DC侧电抗器、谐振电容器等元件的影响。
2.控制策略设计：在模型的基础上，设计控制策略以实现三相APFC的控制目标。
常见的控制策略包括传统的PI控制器、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
这些控制策略可以在DSP中实现，通过对输入电流和输出电压的实时采样和计算，得到控制变量，进而实现功率因数的修正。
3.DSP程序编写：根据控制策略设计，编写DSP程序以实现三相APFC的控制。
首先，需要对DSP进行初始化和配置，并设置AD/DA转换、PWM输出等相关参数。
然后，编写主程序，实现实时的输入电流和输出电压采样、控制计算和PWM控制输出等功能。
最后，进行仿真和实际测试，对DSP程序进行调试和优化。
4.硬件平台搭建：为了实现三相APFC的实际应用，需要搭建相应的硬件平台。
该硬件平台包括DSP控制器、功率电子器件（如MOS管、IGBT 等）、传感器（如电流互感器、电压传感器等）等组成。
通过合理的连接和配置这些硬件组件，可以实现三相APFC的硬件控制。
5.实验验证与分析：在建立硬件平台之后，进行实验验证与分析是必不可少的。
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由单相有源功率因数校正（APFC）组合成三相APFC的几种方法
中心议题：由单相APFC组合成三相APFC的几种方法
解决方案：由三个分别带隔离DC／DC变换的单相PFC并联组成由三个单相PFC在输出端直接并联组成两个单相PFC组成的三相PFC电路由矩阵式DC／DC变换器构成
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，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。
下面介绍几种由单相APFC组合成三相APFC的方法。
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，其余两相仍能继续向负载供电，电路具有冗余特性；
(3)由于单向模块的使用，因此需要更少的维护和维修，而且有利于产品的标准化；(4)与三相PFC相比，不需要高压器件等。
下面将对由单相PFC实现三相PFC的几种方法分别进行介绍。
1)由三个分别带隔离DC／DC变换的单相PFC并联组成的方法每个单相PFC后跟随一个隔离型DC／DC变换器，DC／DC变换器输出端并联起来，形成一个直流回路后向负载供电，。
此类电路即可采用三相三线制接法，也可用三相四线制的接法，很灵活且很简单。
而且此类电路都可设计成单级形式，从而减少功率等级且动态响应比较快。
但该类电路由三个完全独立的单相PFC及DC／DC变换器组成，由于需3个外加隔离的DC／DC变换器，因此用的器件比较多，成本较高。
(1)单相PFC电路由全桥电路构成
图2电路的特点是DC／DC的开关控制比较简单，相对于其它电路更适合于大功率场合的应用。
但是由于隔离变压器反射电压的影响，全桥电路相对于反激电路来说有更高的电流失真。
(2)单相PFC电路由Buck电路构成图3用三个单相Buck变换器组成的三相PFC示意图，图3所示Buck型电路的结构比较简单，同全桥电路相似，由于隔离变压器反射电压的影响，其相对于反激电路来说也有较大的电流失真，但其谐波仍可以限定在比较低水平，达到IEC—1000的要求。
另外，其可实现的功率等级的大小不如全桥高，但比反激式电路要大。
(3)单相PFC电路由反激电路构成图4所示反激式电路有比较接近正弦的相电流，而且功率因数也更接近于单位功率因数。
由于其本身的结构特点，所以不必以增加电压为代价即可达到隔离的作用。
但相对于前两种电路其功率不容易做大。
(4)单相PFC电路由SEPIC电路构成在Boost变换中，传统的隔离在此种情况下的应用并不理
想，因为在电流连续情况下，器件将产生高的电压应力，在电流断续情况下将产生较大的输入电流失真。
图5所示的电路是用隔离SEPIC电路组成的三相PFC电路，SEPIC变换器的输入端类似于Boost电路，因此具有Boost电路的优点，如有低的输入电流失真和更小的EMI 滤波器。
在输出端SEPIC电路像反激式变换器，从而不必以增加电压为代价达到隔离的作用。
2)由三个单相PFC在输出端直接并联组成的方法图6是将3个单相PFC变换器在其输出端直接并联而成的，因此结构相对较简单。
由于该电路是三个单相。
PFC变换器在输出端直接并联而成的，各相之间存在较严重的耦合。
下面给出一种其相应的电路，，电路中三个单相PFC 之间存在相互影响，即使加入隔离电感和隔离二极管后也不能完全消除这种影响，导致电路的效率和输入电流THD指标有所下降，所以在大功率场合很少应用，但在中小功率场合有一定的使用价值。
3）由两个单相PFC组成的三相PFC电路图8是由两个单相PFC组成的三相PFC电路框图，图9是其一种实际的应用电路图，工作原理是，三相输入电压Ua，Ub，Uc(相位相差120°)。
通过带有中心抽头的变压器变成两相电压Uab和Uck(相位相差90°)，Uab和Uck。
的矢量图。
通过这样的变换，就变成两个三相单开关PFC的并联。
尽管|Uab|≠|Uck|，但采用适当控制可以使两个电路平分输出电压，这一特性能够抵消电容中的低频纹波，从而有效地减少电容的温升，延长电容的寿命。
因为每个电路独立工作，所以两个功率开关的开通和关断互不影响。
不足是不能在整个负载范围实现功率因数校正等。
4)由矩阵式DC／DC变换器构成的方法新颖组合式三相APFC拓扑结构示意图，该电路由三个单相PFC电路组合而成，与前面所介绍的三相组合式PFC电路极其相似，不同点在于，该电路中三个单相PFC的输出并不是直接将三个单相直流输出电压并联，而是通过高频矩阵式功率变换器，使三个单相PFC直流输出耦合成一路直流输出。
该电路的关键在于引入了矩阵变压器技术，充分利用了矩阵变压器磁耦合原理。
其等效电路图。
三个单相PFC经逆变后的交变电压相位、频率、幅值相同，通过三相矩阵高频变压器的耦合、变压及隔离，输出所需要的直流电压。
三个单相PFC独立性比较强，输出之间相互电气隔离，解决了三个单相PFC之间相互影响的图12利用矩阵变换器实现的等效电路图这一技术难题。
2 结束语三相PFC整流电路遇到的一个很大的难题就是三相之间的耦合，上述各种方法已分别对此难题进行了相应的解决。
每相分别加隔离DC／DC的做法虽然可以解决此问题，但其代价就是使电路所用的器件增多。
隔离电感和隔离电容的加入可以对耦合加以抑制，而且在中小功率场合也有一定的实用价值。
通过矩阵变换器实现的电路解决了这一技术难题，三个单相PFC独立性比较强，输出之间相互电气隔离。
当然代价也是使用器件相对较多。
但是考虑到由单相PFC实现三相PFC的种种优势，上述各种方法还是有一定应用前景。