卜债奋宝仑夕二文洲阵之卜嘴诊同乙奋夕阅乙于侧卜嘴含j阵护、万殆之产洲阵月卜中匡国乙口乌或新型单相无源功率因数枚正整流器的电路拓扑工作原理和设计介析1(摘、福州大学电气工程系,林维明林慧聪5002;福建福州市3。‘‘何塞安2、’西班牙奥维多大学电力电子中心)、要:满足电磁兼容标准的功率因数校正方法是当今发展趋势。由于无源功率因数技术具有简单,低成本的优点在。小功率应用场合具有广阔的前景然而当功率大于30瓦的功率水平时,现有的基本LC滤波器电路需要笨重的电感。本文提出一种LC滤波器类型的新的无源功率因数校正电路它以满足新的电磁兼容标准为前提原来的一半。新电路简单且电感尺寸为本文建立新的电路拓扑功率因数校正T入446、设计分析计算机仿真和样机实验验证。关键词:电磁兼容电路拓扑中图分类号:AwnesinveePhasePassiglPowerfa一eotreor代etedreancemPli一eo亡iner:toPol,ygooPeratin,anddesignofrconLieWoningiMi・lnHuieongLilJsebastianZ(1Abstraeteo:FuzhoouUnnoiversi,Fuzythfthenensouo350002:2U一一fIEC100032niversireytofoveido,Giojn,33204,SPain)thTemotidifieaweversvegurotialnsshouldbetakenintoaPPlieationseraeeounofrdesigninPlieityordertothtmPlywihemPasvesosiutiolrayratractiveogiestoPoloflowPowerduetotheirssimondlawweostHowevertheenduetorineededtoeothtmPlywihnewversionereot即laons15quitebuliyifthePowk一evel15higherthan300lWAneveLCPytilterstrfudtheeturetoeoththemPlywie一reseneationsisPtdinthispaPerThefIEC100032regultooPolygis甲simPlenadsizeonduetorftheivedAnbehalaProtoPyteoftheeonverterhasbeenbui1tndtheaexPerimentalresultsarealsopresenteKywe1ords:aEleetomgrnetietibilComPaiyPowt,eraetoreorfeetion,reuiolotToPCiyg概述,本文提出了一种满足新版电磁兼容标准的新的无源功率因数校正电路这个电路减少基本LC。为了用电设备的电流谐波分量1975自从一滤波器[3」的滤波电感,相应地降低成本。一一。同时新年以来,许多国家和国际组织制订和颁发了。电路也取得高的功率因数E电磁兼容标准欧洲国家的标准(I和北美洲的标准(IEEES19)C10003一。)11」2这些标准,,是不同的为了满足研究设计人员可以选择许多不同的方:。准,本文介绍了新版IEC100032电磁兼容标回顾了现有的无源功率因数校正电路提出、。了新电路拓扑和工作原理最后本文分析了满足法但所有这些方法可以分为两类有源功率因数校正和无源功率因数校正有源功率因数校正新电磁兼容标准的设计机实验测试验证2。。进行了计算机仿真和样存在复杂、昂贵和产生电磁干扰伍MI)无源功。率因数校正不产生电磁干扰,但尺寸大。、重量重新的电磁兼容标准欧洲国家应用一一和多数情况增加直流输出阻抗无源功率因数校正电路(例如,,然而LC,一些简单工EC1000一3一2。电磁兼容标准控。滤波器的基本制和电力系统谐波2000年制订并开始执行单相整流器[3」和LcD滤波器电路[4])是非常经济的它们因此应用在许多低成本的电力电子设备中。新的EIC100032电磁兼容标准一一新版的IECI00032电磁兼容标准如图示-。1所因此如果它们的尺寸能够进一步减少,以满足电磁兼容标准为准则的功率因数校正。无源功率因数校正技术将有广阔应用前景方法必须考虑新标准要求与变化一而新439中国电』二技术学会电才电子学会第一IEC10003一护、届学术年会论文条,电磁兼容标准最重要的不同是如何由于电感的尺寸大小表I文【]的无源功率因数校正2划分D类电力电子设备方法只适合功率水平小于30wD类电流谐波规定*s・DeCurHannonient三相平衡设备ne几bl1ClsatsLimi电流谐波波相对谐波制e肠H玩‘rnls乃刀)mA(3419最大允许电流谐波Anns)(3579lll3152300114410707705040003502960333021三.n9三39385/n225/n个视(份一生D5瓦到60瓦的电力电子产品类规定应用于输入功率从7文〔1提出一种基于改变输入电流波形的方4{一C{。法。这个电路的目的是通过使的输入电流超出标5%的电源周期而使电力电。准规定输入电流模式,子设备用A类电磁兼容标准替代D类标准但在新的电磁兼容标准中输入电流O类波形模式已经不再存在,…A所以这种方法不再有效。。薯FiglEquiPm,附L〔二二今口陈歌研不’:(画~、瓦_‘介口户entclsasiftieaionifowehatrofnewversi6nof冷。丁)\\\\s(_曰{门。,份VII].230、aCCIEC100032一一regutionlas琴图l新版工ECI000/3/2一标准设备分类框图,、在新IEC,,10032一标准规定中D类标准的应,、\从火戈、华、之l月」]卿砚尸二尸~~...尸.旦竺竺立二口巨二巨二用只取决与产品设备的分类而与输入电流波形无关新的规定不存在D类电流波形模式只有输入功率在60瓦(包含60瓦)以下属于下列类型,:枉沉\\\\、尸巴二弓l‘口,」一一一翻二二臼‘舀之一(l)个人计算机和个人计算机显示器2)电视接收器的电力电子产品其输入电流(图2额定条件下输入电流谐波与标准规定比较Fig2Nomralizedhannoniesofthelineeuerntsa谐波分量应满足由表1推导出D类各次谐波规定3,。.。勺口资盆‘分台350晰1卜240!L。现有无源功率因数校正方法的分析参考文献[3』和[4]探讨了应用无源功率因数校一一卜L卜厂以ComPI抽nCl口S$DeeEC10OO32电磁兼容标正方法如何满足旧版的I准系示。文[3]中,建立了LC滤波器十典型整流器的奇1次归化输入电流谐波分量与归化滤波电感的关,。佣1502Q2匆3加0尸。脚.f350月佣4505的550600f诩它们与归化D类电流谐波标准相比较如图所EC10003ZD类电流谐波标图2也表明满足I一一。图3Fig3最小电感值与功率水平的函数关系ee准的最小归化电感由三次谐波电流决定同时可l角umindueMinnatrcomsaaufnetionfooPtuut以分析,满足电磁兼容标准的最小电感与输出功,PowerfoPlianee率的函数关系如图3所示。中国电二二技术学会电办电子学会第4J、届学术年会论文条整流器与基本:新电路拓扑和工作原理图4TLCLC滤波器主要的差别,是,由谐振支路产生的附加电流分量。为本文提出新的无源功率因数校正电,面改变了输入电流波形(2)减少电流峰值5在两个方()l降低低次谐波分量;由于上述情况,路的。这个电路LC本文称为。TLC整流器、,由传统滤波器电路附加一个抽头电感5一个小电但是必须指出的是,,对于图。容和一个二极管构成图给出了电路的主要波形。。这些波形由,电路也将同时增加输入电流高次谐波分量2]的分析LC滤波器电路的扼流电根据文[,sPICEP仿真获得::下面分析工作波形将其划感设计主要决于电流低次谐波分量三次谐波电流规定根据本文提出的TLC,。而且主要是。分为四个时间段:,图2给出了分析曲线,,T时刻当瞬态电源电压几升到谐振支路l电压V时谐振电路开始导通这个时间段。整流器电路可以减少输入。,扼流电感没有电流流过TZ。电流低次谐波分量相应地可以设计更小和更低成本的电感来满足电磁兼容标准5时刻,:当瞬态电源电压v:升到输出电容。设计分析功率因数校正电路参数的设计取决于设计者。电压T3电流开始通过扼流电感:,时刻时刻流过谐振支路和扼流电感的电流同同时输入电流开始减少到零这个期间,,。时开始减少的目标本文中,主要的目标是以最低的成本来一4T:流过谐振支路和扼流电感的电流同。满足电磁兼容标准[IEC1000格比53一]2,实现高性能价。时减少到零几C电路的任何元件都没有流过电流载能量。只有输出电容提供给负1输入电流的分析由图电路可知,输入电流波形由两个因素影。响:直流侧扼流电感和附加谐振电路考虑到输,入电流波形是由两个非线性电路叠加获得的出相关电路变量的数学表达式是困难的。写,然而复ICE软件仿真很容易我们可以通过如orCADPSP获得输入电流的波形因此通过仿真可以获得。,各种功率水平满足电磁兼容标准的电路电感值和A」电容值。需要说明的是输出电容也对输入电流波。形有重要的影响Fig4但它的值由传统。AC心C变换。0毫秒或2器的保持时间所决定(如10Proposed毫秒)TLCrectifier本文中不讨论这个电容的设计分析率的函数关系如图3所示。图解4本文新电路满足电磁兼容标准的最小扼流电感与输出功通过下面分析,适当。翼L少只,0//一.2..五l母IT下一}〔I“,}}峪一类、’、、、・设计本文提出电路本文提出的电路中。,,可以减少最小扼流电感值附加了谐振电路支路和二极。管谐振电流波形的影响如图6所示实际分析,l卜伙}牙亡[八‘l,n如果改变谐振电路参数输入电流波形也相应地改变合理设计选择谐振电路参数输入电流的。,,…口口}}火\\书.石低次谐波分量将减少尤其是三次谐波分量而扼流电感的尺寸大小主要由三次谐波决定然而。,。谐振电路支路的存在也同时增加高次电流谐波分]、v。一一一一一一.口~~~~~..才Fig5}Ch别门‘teristics—一一如.吐尸~、‘‘网牡一_}__量所以为了以最低成本也就是最小电感尺寸满足电磁兼容标准必须在设计中取得高次谐波,,,与低次谐波的平衡图6举例说明了谐振电路参数的影响,。。从图图5sncvaw电路关键波形of中可以看出当谐振电容太小(如零)或太大(如中国电工技术学会电办电子学会第J、届4例中1D学术年会论文案功率因数校正整流器不能满足u)F电磁兼容标准因为某些高次电流谐波分量超过7.,,规定所有功率范围(75w到600w)的任一功率水平。本文设计。LC滤波器的电感值为传统。,类电流谐波规定而设计适中谐振电容(如,。。.7uF)42本文提出的整流器电路可以满足电磁兼容标准中D类电流谐波规定电路仿真结果如表基本电路的一半而且满足电磁兼容标准图7给出了计算仿真结果从图7a中可以看出满足电磁兼容标准的最小电感值是原来的一半,。而在所,所示。有的应用功率范围抽头电感的匝数比保持恒定在本例中是7:1。同时也计算了满足电磁兼容标。~.c画匹曰cu匡医亘w准的谐振电路的电容.‘。勺P之e盆互定6)二0洲溯卿。_丫\\》匆roe冲、、必b、‘、O‘l印‘‘U‘砚口刃分口刃口七BI,ue~二}钧、、~肠勺~一ew6}r75180285390了才495e0户。娜,Fig6Lincitaneeertnfmvoarewithdifcrnetlinc.。.u之舀O妇之企合aBL)a脚e即ac鲁ou图6A1’LE11B不同谐振电感电容参数下输入电流波形CURRE刊TIARMONICCONTENTOBSIMUL‘nON加PUTAINEDTBY表Hann”U2计算机仿真的输入电流谐波分,正e100卜3在石俪扭nnsA【lsimuonliCnlationnnsmcbAflhl35ll0340279015110刀930033019(b)图7万l吕02353驯)的5洲)6衡p。禅.rr脚79010055电感与谐振电容与功率的函数关系rlll3l517l910刀35002966002577002260乃2300288000220刀166Fig7InduetoondaersonnatcasafunetionPacitorafPowerevell00202200011图,7b给出了计算计算仿真结果,。D类电流。2l2325}001833001670005500088、谐波给出的是相对值与应用的功率水平有001000327293130014300044关输入电流波形在整个功率范围是非常相近的63335373910013330力12400117}0004o0033・实验结果本文建立实验样机以验证计算机仿真结果。0011.00040003300098700104000400022实验样机参数选择设计如下乌=045mH:,C户47uF,L户23mH,C。=100uF,52R=Iko满足标准的电路设计由上述分析可以知道。额定电源电压是必须合理设计谐振电LC,203Vrins,SOHz和额定输。,出功率是low.路使得扼流电感尺寸比原有基本滤波器电路可以减少在这样的情况下输入电流谐波低次分量小于电磁兼容标准给出的规定图8给出了额定条件下的输入电流波形这,个电路谐振电路电容是可知,,.7林F4。可以分析比较。分量又没有增加许多一一。而高次谐波这种设计分析方法可以应,电流波形与计算机仿真结果基本一致同时分析一一输入电流谐波分量满足IE,C100O32电磁用在IEC100032电磁兼容标准中D类电流谐波兼容标准如图9所示。分‘卜中l国同乙二二土文洲阵司卜盛卜同已奋夕同乙了喇脾嘴润陈、浦舀月片洲片月界荀宝仑口忆训卜上述分析,谐振电容参数选择设计以满足电。磁兼容标准罚胃了下了胃忿1。合理设计可以同时使得电感尺寸减.1叮气气卜曰二l少和满足电磁兼容标准7结论Fig8Measuredlineeurentworvefam。Seales:0SA/div本文提出一种新型无源功率因数校正电路TLC图8实验测,输入电流波形整流器。这个整流器由基本全桥LC滤波器、通过使用抽头电感和附加电容二极管构成,。与….眨自自.._口-叨沪不‘~.二U...一.己~原有的基本基本全桥LC滤波器相比该电路能。一’够以小得多的电感尺寸来满足电磁兼容标准感尺寸的减少是因为通过合理的设计器可以减少输入电流低次谐波分量,。。电..口.口‘即.:i……;.旦曰,。__」J一一TCL整流.目曰曰口盟巴但是高次谐」曰...二‘‘Fig9Eximerpentaih图9实验谐波与D类标准比较70给出当谐振电路电容为14.图1naoniceo)anlerdwithClsa。s一D波分量也同时增加适当设计可以使得它符合标准的规定参考文献3e:netci口的输入,。电流波形。从图中可以看出,随着电容的增加dr[l]Eleetomag,eoty(tmPatibiliEMC)Par一洲t相应地高次电流谐波分量增加并且不能满足电磁兼容标准图1给出当谐振电路电容不存在的情况下初始谐振作用更为显著和有较大。:Limitsns一一seetionZ:Limitsfoenrhannoneieurentmissio(equiPm一tinPutt,eurrent<16APerPhesa),IEC100032Doeumen1995[2]DraftoftheProPosed一一CLCCommon输入电流波形。这种情况。,输入电流谐波分量也。ieationModiftoIEC6100032Ed20:2000Jo不能满足电磁兼容标准但是此电路是因为低次in[3]MilanMonLimitati电流谐波分量超出标准规定sofFullBridgeR一navovieetal,“Merits一andectierifterwithLCFilllonearlingMeetins,,IECIEEE100032on一一HLimit,L4;;~一二~熟万oSPecifictairyIndusttionsAPPlica川一OVI33N,o2,1997Redler,一[4]一Riehardeetar一l,“AnEeonomiealSinglePhsaPowFaetoCor,eetedDReseetifier:;{natoToPol,ygtionOPeraee,,onsExtensi‘nda,ignForComPlinaAPEC98nginLi,Fig10Measunedlireeueriwanveofmre:5]【辘imJSebastianAFernandez,taresonnateaPaeie51471叭Seal.VillegaMHemasndoandPrec,“Designofthebasiene一tifierwithoLCfilterto一一eoeumPlywiththereniwv0SAldive花ionsftheIEC100032nsthan刀onielimiPeeifieatiotion作diZo),,,IEEEAPPliedPow’er,止下戈厂厂又二FigllMeaseeElortin一eConerfeneetion(APEC2002)ndExPosiaPP12151220s改[6]EMaESanehisJSebastina,nadEdelat,CruZ“ImPro一一vedPasvesisolutionsotmeeIEC100032suoegulrtianinnaow一ostlPowotiaernsPPlies,’,EIoEEIntertinal,erunedlieeseronnateaptacian5o1.Fu~Stnweale:ormefvaeTecomml,unci一taEne・v05户Jdi卿Coefnernee(INTELEC96)PP12513043-
