三種高效可靠低成本的PFC逆變器方案

隨著人類社會(huì)對(duì)綠色能源需求的擴(kuò)大，逆變器設(shè)計(jì)成為了大勢(shì)所趨，高效可靠的逆變系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)校正和電流諧波抑制提出了更高的要求。本文將介紹具有功率因數(shù)校正功能的3中常規(guī)逆變器構(gòu)成方案詳情（三級(jí)構(gòu)成方案Ⅰ、三級(jí)構(gòu)成方案Ⅱ和兩級(jí)構(gòu)成方案）。

　　1 現(xiàn)代逆變電源系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

　　隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接使用通用交流電網(wǎng)提供的交流電作為電能源，而是通過(guò)各種形式對(duì)其進(jìn)行變換，從而得到各自所需的電能形式?，F(xiàn)代逆變系統(tǒng)就是一種通過(guò)整流和逆變組合電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變功能的電源系統(tǒng)。逆變系統(tǒng)除了整流電路和逆變電路外，還要有控制電路、保護(hù)電路和輔助電路等?，F(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　現(xiàn)代逆變系統(tǒng)各部分功能如下：

　　1. 整流電路：整流電路就是利用整流開關(guān)器件，如半導(dǎo)體二極管、晶閘管(可控硅)和自關(guān)斷開關(guān)器件等，將交流電變換為直流電。除此之外，整流電路還應(yīng)具有抑制電流諧波和功率因數(shù)調(diào)整功能。

　　2. 逆變電路：逆變電路的功能是將直流電變換成交流電，即通過(guò)控制逆變電路的工作頻率和輸出時(shí)間比例，使逆變器的輸出電壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設(shè)備工作的要求來(lái)靈活地變化。

　　3. 控制電路：控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來(lái)控制逆變開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變器主電路完成逆變功能。

　　4. 輔助電路：輔助電路的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作需要的直流電壓。對(duì)于交流電網(wǎng)輸入，可以采用工頻降壓、整流、線性穩(wěn)壓等方式，當(dāng)然也可以采用DC-DC變換器。

　　5. 保護(hù)電路：保護(hù)電路要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：輸入過(guò)壓、欠壓保護(hù);輸出過(guò)壓、欠壓保護(hù);過(guò)載保護(hù);過(guò)流和短路保護(hù);過(guò)熱保護(hù)等。

　　2 逆變電源系統(tǒng)功率因數(shù)及諧波干擾問(wèn)題分析

　　對(duì)于逆變器的整流環(huán)節(jié)(AC-DC)，傳統(tǒng)的方法仍采用不控整流將通用交流電網(wǎng)提供的交流電經(jīng)整流變換為直流。雖然不控整流器電路簡(jiǎn)單可靠，但它會(huì)從電網(wǎng)中吸取高峰值電流，使輸入端電流和交流電壓均發(fā)生畸變。也就是說(shuō)，大量的電器設(shè)備自身的穩(wěn)壓電源，其輸入前置級(jí)電路實(shí)際上是一個(gè)峰值檢波器，在高壓電容濾波器上的充電電壓，使得整流器的導(dǎo)通角縮短三倍，電流脈沖成了非正弦波的窄脈沖，因而在電網(wǎng)輸入端產(chǎn)生失真很大的諧波峰值干擾，如圖2所示。

　　由此可見(jiàn)，大量整流電路的應(yīng)用使電網(wǎng)供給嚴(yán)重畸變的非正弦電流，對(duì)此畸變的輸入電流進(jìn)行傅立葉分析，發(fā)現(xiàn)它不僅含有基波，還含有豐富的高次諧波分量。這些高次諧波倒流入電網(wǎng)，引起嚴(yán)重的諧波污染，使輸入端功率因數(shù)下降，將造成巨大的浪費(fèi)和嚴(yán)重危害。輸入電流諧波的危害主要有：

　　(1)使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使得電器設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。

　　(2)可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。

　　(3)使測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生附加諧波誤差。常規(guī)的測(cè)量?jī)x器是設(shè)計(jì)并工作在正弦電壓、電流波形的，因此在測(cè)量正弦電壓和電流時(shí)能保證其精度，但是這些儀表用于測(cè)量非正弦量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生附加誤差，影響測(cè)量精度。

　　(4)諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和電動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。