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无桥软开关PFC电路的设计与仿真

无桥PFC电路说明

无桥P F C电路说明文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

氮化镓 (GaN)技术由于其出色的开关特性和不断提升的品质，近期逐渐得到了电力转换应用的青睐。具有低寄生电容和零反向恢复的安全GaN可实现更高的开关频率和效率，从而为全新应用和拓扑选项打开了大门。连续传导模式 (CCM)图腾柱PFC就是一个得益于GaN 优点的拓扑。与通常使用的双升压无桥PFC拓扑相比，CCM图腾柱无桥PFC能够使半导体开关和升压电感器的数量减半，同时又能将峰值效率推升到95%以上。本文分析了AC交叉区域内出现电流尖峰的根本原因，并给出了相应的解决方案。一个750W图腾柱PFC原型机被构造成具有集成栅极驱动器的安全GaN，并且展示出性能方面的提升。关键字—GaN；PFC；图腾柱；数字控制 I.?简介当按下智能手机上的一个按钮时，这个手机会触发一个巨大的通信网络，并且连接到数千英里之外的数据中心。承载通信数据时的功耗是不可见的，而又大大超过了人们的想象。世界信息通信技术 (ICT) 生态系统的总体功耗正在接近全球发电量的10% [1]。单单一个数据中心，比如说位于北卡罗来纳州的脸谱公司的数据中心，耗电量即达到40MW。另外还有两个位于美国内华达州和中国重庆的200MW数据中心正在建设当中。随着数据存储和通信网络的快速增长，持续运行电力系统的效率变得越来越重要。现在比以前任何时候都需要对效率进行空前的改进与提升。几乎所有ICT生态系统的能耗都转换自AC。AC输入首先被整流，然后被升压至一个预稳压电平。下游的DC/DC转换器将电压转换为一个隔离式48V或24V电压，作为电信无线系统的电源，以及存储器和处理器的内核电压。随着MOSFET技术的兴起和发展，电力转换效率在过去三十年间得到大幅提升。自2007年生效以来，Energy Star（能源之星）80 PLUS效率评价技术规范 [2] 将针对AC/DC整流器的效率等级从黄金级增加到更高的白金级，并且不断提高到钛金级。然而，由于MOSFET的性能限制，以及与钛金级效率要求有关的重大设计挑战，效率的改进与提升正在变慢。为了达到96%的钛金级峰值效率，对于高压线路来说，功率因数校正 (PFC) 电路效率的预算效率应该达到98.5%及以上，对于低压电路，这个值应该不低于96.4%。发展前景最好的拓扑是无桥PFC电路，它没有全波AC 整流器桥，并因此降低了相关的传导损耗。[3] 对于不同无桥PFC的性能评价进行了很好的总结。这个性能评价的前提是，所使用的有源开关器件为MOSFET或IGBT。大多数钛金级AC/DC整流器设计使用图6中所示的拓扑 [3]，由两个电路升压组成。每个升压电路在满功率下额定运行，不过只在一半AC线路周期内运行，而在另外周期内处于空闲状态。这样的话，PFC转换器以材料和功率密度为代价实现了一个比较高的效率值 [4]。通常情况下，由于MOSFET体二极管的缓慢反向恢复，一个图腾柱PFC无法在连续传导模式 (CCM) 下高效运行。然而，它能够在电压开关为零 (ZVS) 的变换模式下实现出色的效率值。数篇论文中已经提到，PFC效率可以达到98.5%-99%。对于高功率应用来说，多个图腾柱升压电路可以交错在一起，以提高功率水平，并且减少输入电流纹波。然而，这个方法的缺点就是控制复杂，并且驱动器和零电流检测电路的成本较高。此外，因此而增加的功率组件数量会产生一个低功率密度设计。因此，这个简单的图腾柱电路需要高效运行在CCM 下，以实现高功率区域，并且在轻负载时切换至具有ZVS的TM。通过使用这个方法，可以同时实现高效率和高功率密度。作为一款新兴半导体开关，氮化镓 (GaN) FET正在逐渐走向成熟，并且使此类应用成为可能。Transphorm公司已经在APEC 2013上展示了一款峰值效率达到99%的基于GaN的图腾柱CCM PFC [9]。[10-12] 还介绍了GaN器件出色的开关特性，以及应用优势。为了更好地理解GaN特性，并且进一步解决应用中存在的顾虑，特别是开关频率和交叉电流尖峰问题，这篇文章讨论了：II. GaN技术概述、III. 图腾柱CCM PFC控制、IV. 实验和V. 结论。 II. GaN技术概述

PWM-逆变器设计与仿真

摘要随着电力电子技术的不断发展，电力电子技术的各种装置在国民经济各行各业中得到了广泛应用。从电能转换的观点，电力电子的装置涵盖交流——直流变换、直流——交流变换、直流——直流变换、交流——交流变换。比如在可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面都得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。由于电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子各种装置的分析与大量的计算、电能变幻的波形分析、测量与绘制等，这些工作特别适合Matlab的使用。本次设计的题目是基于PWM逆变器的设计与仿真，所以在此次仿真就用的是Matlab软件，建立了基于Matlab的单相桥式SPWM逆变电路,采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的simulink/simupowersystems对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB提供的powergui模块,分别用单极性SPWM和双极性SPWM的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了Matlab仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的以及Matlab绘制的图形准确、清晰、优美的优点,从而进一步展示了Matlab的优越性。关键字：PWM逆变器单极性SPWM 双极性SPWM MATLAB仿真

目录摘要绪论 (1) 第1章 MATLAB软件 (3) 1.1软件的介绍 (3) 1.2 电力电子电路的Matlab仿真 (4) 1.2.1实验系统总体设计 (5) 1.2.2电力电子电路Simulink仿真d特点 (5) 第2章逆变主电路的方案论证与选择 (6) 第3章 PWM逆变器的工作原理 (9) 3.1 PWM控制理论基础 (9) 3.1.1面积等效原理 (9) 3.2 PWM逆变电路及其控制方法 (11) 3.2.1计算法…………………………………………………… 11 3.2.2调制法…………………………………………………… 11 3.2.3 SPWM控制方式………………………………………… 15 第4章单相桥式PWM逆变器的仿真 (18) 4.1单相桥式PWM逆变器调制电路的Simulink模型 (18) 4.1.1单极性SPWM仿真模型图 (18)

无桥PFC

(PFC)电路成为人们注意的焦点。设计人员去掉了转换器输入端的常规桥式整流电路,可以减少开关损耗,进一步提高效率。在这样的电路中,不存在由于导通损耗而降低效率的问题,且设计比较简单,需要的元件数量较少。 1没有使用桥式整流电路的电路 2 OCC PFC控制电路

3 常规电路和无桥式整流的电路的效率 PFC电路有一些难点。如图所示,电路的输入端没有二极管组成的桥式整流电路,而是在交流输入边有个升压电感器。在这个电路中,输出和输入并无直接的连接,于是就存在输入电压的感测、电流的感测和电磁干扰噪音等问题。特别是,由于升压电感器放在交流输入这边,因此很难感测作为输入的电网交流电压和电感器上的电流。 1所示的没有使用桥式电路的整流器的工作原理。升压电感器分成两半,形成升压电路。输出电路由个晶体管和个二极管组成。在交流电网电压的每一个半周中,其中一个起有源开关的作用,而另一个就起二极管的简单作用。在这对晶体管中,处于工作状态的那个晶体管,与一个二极管和输入电感器一起,组成升压转换器。输入电流由升压转换器来控制,随着输入电压而变化。 (OCC)方法 PFC电路,最常用的是平均电流控制和峰值电流控制,它们都是使用模拟乘法器的技术。最近,设计人员开始探讨其他的技术,其中包括单周控制的方法,如图所示。 OCC控制方法就很有优势。使用输出电压和电感器中的电流峰值来计算前后衔接的每个周期的占空比,所以,在使用方法时,需要的所有信息是从直流母线电压和电流那里得到的,不需要感测交流电网的电压,从而最大限度地提高了功率因数。而且,占空比控制着升压电路输入和输出之间的关系,电感器中的电流峰值可以自动地跟随输入电压的波形,这样就实现了功率因数校正的功能。由于所有必要的信息都是从电感器中的电流峰值和电压输出那里得到的,因此不需要感测输入电压。 (EMI)的特性一般与功率级的结构有关。对于常规的,输出的地总是通过桥式整流器与输入电网相连,引起共模噪音的唯一寄生电容是晶体管的漏极与地之间的寄生电容。对于不使用桥式整流的电路,其输出相对于作为输入的交流电网来讲是浮动的,这样就有几个寄生参数会引起晶体管漏极和地之间的共模噪音,以及地与输出端之间的共模噪音。在这种情况下,共模噪音比常规电路的共模噪音更加严重。为了解决这个问题,可以在不使用桥式整流的电路中增加两只电容器,在输入交流电网与输出电压的地之间形成一个高频通路。

软启动工作原理

软启动工作原理软启动器电动机的应用 1、软启动器工作原理与主电路图软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，主电路图见图1。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动与软停车的电压曲线见图2，3。 2 软启动器的选用（1）选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型：在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。（2）选规格：根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。 3、Alt48软启动器的特点 Alt48软启动器启动时采用专利技术的转矩控制。转矩斜坡上升更快速，损耗更低。具有电动机和软启动器综合保护功能，能全时连续检测电机电流，提供电机可靠和完整保护，这种保护功能在启动结束后旁路仍能起作用，这是其它软启动器都不具备的。 Alt48在保持加速力矩的同时，实时计算定子和转子的功率。在整个加速周期连续计算电机功率因数和定子损耗，通过检测电压和电流来计算功率因数，并扣除定子损耗，得到实际的转子功率和电机力矩。 4 Alt48软启动器的应用设计采用一拖二方案，见图4，即一台软启动器带两台水泵，可以依次启动，停止两台水泵。一拖二方案主要特点是节约一台软启动器，减少了投资，充分体现了方案的经济性，实用性。

5种无桥PFC

这里有六种无桥PFC, 分别是: 标准无桥PFC 这种PFC在正负半周的时候, 两个管子一个续流一个充当高频开关这种拓扑的优点是使用功率元件比较少, 两个管子可以一起驱动, 这简化了驱动电路的设计, 同时让直接使用传统APFC的控制芯片成为可能. 但它同时存在几个问题, 电流流向复杂而且不共地, 电流采样困难, 有较大的共模干扰因此输入滤波器要仔细设计针对头一个问题, ST公司和IR公司的一些应用文档中已经比较详细的介绍了两种比较可行的采用互感器的方法双Boost无桥PFC 这种拓扑由标准无桥PFC改良而来, 增加了D3和D4作为低频电流的回路, S1和S2只作为高频开关而不参与低频续流同标准无桥PFC, S1和S2能同时驱动, 而在两个低频二极管D3和D4之后插入取样电阻又可以像普通PFC简单地传感电流同时这种拓扑具有更低的工模电流但是这种拓扑必须使用两个电感, 电流流向有不确定性, 低频二极管和mos的体二极管可能同时导通, 增加了不稳定因素

双向开关无桥PFC S1和S2组成了双向开关, 他们可以同时驱动, 采用电流互感器可以很容易的检测电流, D1和D3为超快恢复二极管, D2和D4可以采用低频二极管缺点在于整个电路的电势相对于大地都在剧烈变化, 会产生比标准无桥PFC更严重的EMC问题, 输出电压无法直接采样, 需要隔离采样(使用光耦, 但是会增加复杂度) 图腾柱PFC 由标准无桥PFC演化而来, 但是原理稍微改变 D1和D2为低频二极管, S1和S2的体二极管提供高频整流开关作用这种电路具有较低的EMI, 使用元件较少, 设计可以很紧凑但是S1和S2需要使用不同的驱动信号, 工频周期不同信号也不一样, 增加了控制的复杂性, S2不容易驱动(可以尝试IR2110等自举驱动芯片) S1和S2如果采用mos, mos的体二极管恢复较慢(通常数百ns)会产生较大的电流倒灌脉冲, 引起很大的损耗, 足以抵消无桥低损耗的优势 S1和S2如果采用IGBT, 虽然其体二极管的性能没问题, 但是其导通压降比较大, 也会产生很高的损耗, 尤其是在低电压输入的情况下现在有一些国外公司在研制GaN和SiC高性能开关管, 开关速度极快, 没有体二极管反向恢复问题, 这些技术尚在研发中, 现在是在市场上见不到这些产品的. 如果未来这些高性能器件能大规模普及, 图腾柱PFC将有机会成为最流行最高效

PWM_逆变器设计与仿真

目录摘要绪论 (1) 第1章 MATLAB软件 (3) 1.1软件的介绍 (3) 1.2 电力电子电路的Matlab仿真 (4) 1.2.1实验系统总体设计 (5) 1.2.2电力电子电路Simulink仿真d特点 (5) 第2章逆变主电路的方案论证与选择 (6) 第3章 PWM逆变器的工作原理 (9) 3.1 PWM控制理论基础 (9) 3.1.1面积等效原理 (9) 3.2 PWM逆变电路及其控制方法 (11) 3.2.1计算法 (11) 3.2.2调制法 (11) 3.2.3 SPWM控制方式 (15) 第4章单相桥式PWM逆变器的仿真 (18) 4.1单相桥式PWM逆变器调制电路的Simulink模型 (18) 4.1.1单极性SPWM仿真模型图 (18) 4.1.2 双极性SPWM仿真模型图 (19) 4.2 仿真参数的设定及仿真图的分析 (19) 4.2.1 单极性SPWM的仿真及分析 (19)

软启动器工作原理与主电路图

软启动器工作原理与主电路图 2010年02月22日星期一 11:00 1 软启动器工作原理与主电路图软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，主电路图见图1。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动与软停车的电压曲线见图2，3。 2 软启动器的选用（1）选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。

根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型：在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。（2）选规格：根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。 3 Alt48软启动器的特点 Alt48软启动器启动时采用专利技术的转矩控制。转矩斜坡上升更快速，损耗更低。具有电动机和软启动器综合保护功能，能全时连续检测电机电流，提供电机可靠和完整保护，这种保护功能在启动结束旁路后仍能起作用，这是其它软启动器都不具备的。 Alt48在保持加速力矩的同时，实时计算定子和转子的功率。在整个加速周期连续计算电机功率因数和定子损耗，通过检测电压和电流来计算功率因数，并扣除定子损耗，得到实际的转子功率和电机力矩。 4 Alt48软启动器的应用

无桥PFC方案应用2

无桥PFC方案，99%以上效率
PFC + LLC 原理图效率99.4% Totem-pole PFC, bridgeless PFC Totem pole PFC, Totem pole boost
1000W 无桥PFC方案 2400W 无桥PFC方案
TPH3006PS TPH3206PS TPH3002PS TPH3202PS TPH3205WS TPH3206LD TPH3202LD

PFC的演变史
1，传统的，整流流桥+单极PFC
功率不能太大。受限于整流桥的VF及MOSFET的开关损耗。低效
AC
2，传统的大功率方案。采用交错式PFC，
AC
采用两个电感，两个MOSFET，体积加大，功率提升但效率不高。
3，采用无桥PFC，但使用的是硅MOSFET，双电感。
由于硅MOSFET体内寄生二极管太慢Trr及MOSFET的开关损耗较大Qgd 有关。同时必须采用碳化硅二极管（价高）双电感，体积依然大，硅MOSFET工作在高频损耗太大。
4，采用氮化镓MOSFET，无桥，只需一个电感。
利用氮化镓体内无二极管但有二极管特性特点，及氮化镓低低的开关损耗特性。很容易实现大功率的无桥PFC，只需一个电感，同时无需用碳化硅二极管。成本/体积上大大优化。

硅无桥PFC与氮化镓无桥PFC的区别
? ? 传统用的无桥需要2MOSFET，2电感，2碳化硅二极管（D1,D2)才能实现高效率采用氮化镓的图腾无桥PFC只要一个电感，2个氮化镓MOS,另D1,D2可以用二极管也可以从等同内阻的硅MOSFET以实现更高效率就现阶段氮化镓无桥的方案已比传统的低了（传统的会用上两个高碳货硅二极管及多用一个电感）同时因氮化镓适合高频。采用氮化镓高频化的无桥PFC后，体积大大变小，综合成本更有优势/效率依然很高
?
传统Dual‐boost无桥PFCPFC
?
此设计是利用氮化镓体内二极管超低的反向恢复特性来实现高效低成本。
氮化镓的图腾无桥 PFC

大功率无桥PFC研究

PFC是一种解决传统AC整流电路引起的电网污染问题的电路.常规整流滤波电路的整流桥只有在输入正弦波电压接近峰值时才会导通,因此导致了输入电流程严重非正弦性,导致输入产生了大量谐波电流成份,降低了电网的利用率同时有潜在的干扰其他电器的可能.PFC电路通过对输入AC电流进行'整形',使输入电流为近似和输入电压同相位的正弦波,达到了输入功率接近1的可能. 常用的PFC电路均为Boost升压拓扑,根据Boost拓扑在不同工作模式(DCM\BCM\CCM)下的特性不同,控制方法可以分为3种。BCM和CCM采用的较多,BCM为变频控制,可以实现零电压开启(降低开通损耗),但是较高的开关管有效电流限制了它只能在中小功率的场合,大功率场合是CCM的天下。对于CCM的PFC,主要问题是二极管的反向恢复问题,在反向恢复期间产生的大反向电流会产生额外的损耗还有潜在干扰电路的风险.具体可以通过增加RC电路(有损)或者ZVT技术(无损,但是比较复杂)进行解决,这里暂时不进行讨论。由于PFC通常被设计成宽电压输入模式(85-265V输入)，在低输入电压时输入电流会比较大,当输出功率比较大时,各功率器件尤其是输入整流桥的电流压力和散热压力尤为明显.如下图当开关管开通时,电流会经过2个低速整流二极管,1个mos管,当开关管关闭的时候,电流会经过2个低速整流管和1个快恢复二极管。对于110V情况下输出1500W的PFC来说,整流桥损耗可达30W左右,是一个相当可观的数字，如果能通过改进拓扑取消掉整流桥,将会极大的提高效率.改进的电路如下图,它在每个正周期内和负周期内等效为1个普通的Boost拓扑:

运动控制系统-课程设计-交流电动机减压软起动系统仿真-正文

交流电动机减压软起动系统仿真 1 设计要求与方案电机参数为：额定电压U =380V 、频率50f Hz =、定子电阻s R =0.435Ω、额定功率P =2.2KW 、定子自感s L =0.002mH 、转子电阻r R =0.816Ω、额定转速 n =1420rpm 、转子自感l r L ＝0.002mH 、级对数p n ＝2、互感m L ＝0.069mH 、转动惯量J =0.19kg ·m2。要求完成的主要任务: （1）设计软起动器原理图；（2）建立软起动器仿真模型；（3）仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值、电动机电流瞬时值、转速变化曲线。 2 原理和参数 2.1 设计原理在有限供电系统中较大容量的交流电动机起动时，由于起动电流过大，会引起电网电压下降，而影响其他用电设备的正常工作，所以一般较大容量的交流电动机都采用减压起动方式，以减小起动电流。传统的减压起动方法有星-三角起动和自耦变压器起动等。现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已经大量面市，晶闸管软起动器可以通过电压的调节，限制起动电流，并且使电动机有较大的起动转矩，在起动结束后在经过接触器切除软起动器，让电动机直接连接三相电源完成起动过程。晶闸管软起动的原理图如图1所示。软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器（给定积分器）、触发器等组成，起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化，而电动机电压从小到大逐次上升。其仿真电路图如图2所示。通过仿真可以研究软起动器的控制曲线，电流限制效果和电动机转矩的情况。

图1 晶闸管软起动的原理图图2 晶闸管软起动的仿真图 2.2 双向晶闸管模块VT 双向晶闸管模块VT如图3所示，参数默认。图3 双向晶闸管模块VT 起动信号给定积分器信号匹配触发器晶闸管三相调压器 M 3~

三相交流电动机的软启动分析与仿真

第1章绪论笼式异步电动机是工业企业应用最广泛的用电设备。对于容量较大的电动机，如果采用直接启动，则启动时冲击电流很大，将会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行。因此，对大容量的笼式异步电动机，不能采用直接启动方式。以往采用降压启动方式，减少启动电流，早期的启动方式有：串联电抗或电阻，星——三角转换，串联自耦变压器等。作为异步电动机的启动设备——软启动器，利用晶闸管交流调压技术制作，从20世纪70年代开始推广应用，同时, 由单片机作为控制电路的软启动器还可以将软启动、软制动、轻载节能技术和缺相、过载、短路、漏电等保护措施融于一体,因而具有广阔的应用前景。对电机软启动技术的要求异步电动机在直接启动过程中, 自电源流入定子绕组的电流可达其额定电流的7 倍以上, 这种大的冲击电流容易造成电网电压显著下降, 这不仅使电动机起动转矩减小(起动转矩与电源电压的平方成正比)而启动困难, 还会影响接在同一电网的其它用电设备, 如使附近照明灯变暗, 附近正在工作的其他异步电动机的转矩减少, 转速下降等, 尤其是大容量电动机, 由于其起动电流较大, 起动时间较长, 对同一电网的其它用电设备影响更大。传统的电机软启动技术主要是为了缓解或消除由于电机启动力矩过大对电气系统、机械设备和工艺系统所造成的影响和损害，使其能够安全稳定运行。随着工业科学技术的发展和社会需求的增加，人们对转动设备的启动和运行以及到停止全程的平稳性、机械稳定性、工艺上的精密性要求更高，同时对设备的节能和操作控制上的现代化水平要求的更高，人们希望电机的启动和停止要柔软，运行安全、经济、可靠，适应性强、配置灵活，实现电机驱动的精密控制、精密调整目前的电机软启动器、变频器、串级调速等技术，从根本上改变了传统的单一的降压或限流的电气接线方式和控制原理，实现了对电机启动到停止的全过程的电压、电流、相位和频率的控制和调整。使启动过程中的电机得到有效控制，特别是，变频调速和串级调速实现了对电机运行速度根据负荷要求进行调整，实现了人们对电机软启动的各项要求。

无桥PFC电路说明

氮化镓 (GaN)技术由于其出色的开关特性和不断提升的品质，近期逐渐得到了电力转换应用的青睐。具有低寄生电容和零反向恢复的安全GaN可实现更高的开关频率和效率，从而为全新应用和拓扑选项打开了大门。连续传导模式 (CCM)图腾柱PFC就是一个得益于GaN优点的拓扑。与通常使用的双升压无桥 PFC拓扑相比，CCM图腾柱无桥PFC能够使半导体开关和升压电感器的数量减半，同时又能将峰值效率推升到95%以上。本文分析了AC交叉区域内出现电流尖峰的根本原因，并给出了相应的解决方案。一个750W图腾柱PFC原型机被构造成具有集成栅极驱动器的安全GaN，并且展示出性能方面的提升。关键字—GaN；PFC；图腾柱；数字控制 I.?简介当按下智能手机上的一个按钮时，这个手机会触发一个巨大的通信网络，并且连接到数千英里之外的数据中心。承载通信数据时的功耗是不可见的，而又大大超过了人们的想象。世界信息通信技术 (ICT) 生态系统的总体功耗正在接近全球发电量的10% [1]。单单一个数据中心，比如说位于北卡罗来纳州的脸谱公司的数据中心，耗电量即达到40MW。另外还有两个位于美国内华达州和中国重庆的200MW数据中心正在建设当中。随着数据存储和通信网络的快速增长，持续运行电力系统的效率变得越来越重要。现在比以前任何时候都需要对效率进行空前的改进与提升。几乎所有ICT生态系统的能耗都转换自AC。AC输入首先被整流，然后被升压至一个预稳压电平。下游的DC/DC转换器将电压转换为一个隔离式48V或24V电压，作为电信无线系统的电源，以及存储器和处理器的内核电压。随着MOSFET技术的兴起和发展，电力转换效率在过去三十年间得到大幅提升。自2007年生效以来，Energy Star（能源之星）80 PLUS效率评价技术规范 [2] 将针对AC/DC整流器的效率等级从黄金级增加到更高的白金级，并且不断提高到钛金级。然而，由于MOSFET的性能限制，以及与钛金级效率要求有关的重大设计挑战，效率的改进与提升正在变慢。为了达到96%的钛金级峰值效率，对于高压线路来说，功率因数校正 (PFC) 电路效率的预算效率应该达到98.5%及以上，对于低压电路，这个值应该不低于96.4%。发展前景最好的拓扑是无桥PFC电路，它没有全波AC整流器桥，并因此降低了相关的传导损耗。[3] 对于不同无桥PFC的性能评价进行了很好的总结。这个性能评价的前提是，所使用的有源开关器件为MOSFET或IGBT。大多数钛金级AC/DC整流器设计使用图6中所示的拓扑 [3]，由两个电路升压组成。每个升压电路在满功率下额定运行，不过只在一半AC线路周期内运行，而在另外周期内处于空闲状态。这样的话，PFC转换器以材料和功率密度为代价实现了一个比较高的效率值[4]。通常情况下，由于MOSFET体二极管的缓慢反向恢复，一个图腾柱PFC无法在连续传导模式 (CCM) 下高效运行。然而，它能够在电压开关为零 (ZVS) 的变换模式下实现出色的效率值。数篇论文中已经提到，PFC效率可以达到98.5%-99%。对于高功率应用来说，多个图腾柱升压电路可以交错在一起，以提高功率水平，并且减少输入电流纹波。然而，这个方法的缺点就是控制复杂，并且驱动器和零电流检测电路的成本较高。此外，因此而增加的功率组件数量会产生一个低功率密度设计。因此，这个简单的图腾柱电路需要高效运行在CCM下，以实现高功率区域，并且在轻负载时切换至具有ZVS的TM。通过使用这个方法，可以同时实现高效率和高功率密度。作为一款新兴半导体开关，氮化镓 (GaN) FET正在逐渐走向成熟，并且使此类应用成为可能。Transphorm公司已经在APEC 2013上展示了一款峰值效率达到99%的基于GaN的图腾柱CCM PFC [9]。[10-12] 还介绍了GaN器件出色的开关特性，以及应用优势。为了更好地理解GaN特性，

(有具体仿真,有各种图)(基于SIMULINK异步电动机软起动控制系统的仿真

第26卷第3期辽宁工学院学报 V ol.26,No.3 2 0 0 6 年6月 Journal of Liaoning Institute of Technology Jun. 2006 收稿日期：2005-03-14 作者简介：耿大勇(1971-)，男(满族)，辽宁兴城人，副教授，硕士。基于SIMULINK 异步电动机软起动控制系统的仿真耿大勇1，贾丹2，李振刚1 （1.辽宁工学院信息科学与工程学院，辽宁锦州 121001; 2.辽宁工学院计算机科学与工程学院，辽宁锦州121001）摘要：异步电动机的软起动可控制电动机的起动电压和电流，减少电动机起动过程对电网和负载的冲击，同时保证电动机运行平稳。利用MATLAB 软件中的动态仿真工具Simulink 对采用PI 电流闭环控制的异步电动机软起动系统建模并进行了实例仿真。仿真结果和实验结果吻合较好，证明仿真方法是正确、有效的。关键词：异步电动机；软起动；仿真；Simulink 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1005-1090(2006)03-0141-04 Simulation of Soft Starting Control System for Asynchronous Motor Based on SIMULINK GENG Da-yong 1, JIA Dan 2, LI Zhen-gang 1 （https://www.wendangku.net/doc/e89807124.html,rmation Science & Engineering College, Liaoning Institute of Technology, Jinzhou 121001, China https://www.wendangku.net/doc/e89807124.html,puter Science & Engineering College, Liaoning Institute of Technology, Jinzhou 121001, China) Key words: asynchronous motor; soft starting; simulation; Simulink Abstract: By using soft starting , the starting voltage and starting current of asynchronous motor can be controlled, the impact on electric power system and load during the startup can be reduced, and also enables asynchronous motor to rotate steadily. The simulation model of soft starting system by using PI current closed loop control for asynchronous motor was established based on MATLAB/Simulink and simulation was carried out through actual example. The simulation results were close to the experimental ones, which verified the correctness and validity of the simulation method. 近年来，随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，国内外都十分重视三相异步电动机软起动控制系统的研究和开发[1,2]。软起动控制旨在降压以限制电机起动电流，减小起动电流对电网的冲击，也达到了节能的目的。目前软起动方式很多，如液阻软起动、磁控软起动、晶闸管软起动等，从起动时间、控制方式的节能效果等多方面综合比较，以晶闸管软起动方式最优，代表着软起动的发展方向。但目前关于异步电动机软起动控制系统仿真的文献较少，本文借助于MATLAB 软件的动态仿真工具Simulink 来构建异步电动机软起动控制系统的仿真模型并进行了实例仿真，建模过程简便直观，仿真过程中通过改变参数可随时观察系统的动态变化情况，最后进行了实验验证。 1 异步电动机软起动控制系统结构三相异步电动机软起动的主电路如图1所示。该系统将三组反并联的晶闸管串接在电动机的三相电路上，在电动机起动过程中通过控制晶闸管触发角的大小，使电动机起动电流根据工作要求所设

无桥PFC的优势及解决方案

无桥PFC的优势及解决方案无桥PFC 的优势及解决方案传统有源PFC 中，交流输入经过EMI 滤波后会经过二极管桥整流器，但在整流过程中存在功率耗散，其中既包括前端整流桥中两个二极管导通压降带来的损耗，也包括升压转换器中功率开关管或续流二极管的导通损耗。据测算，在低压市电应用(@90 Vrms)中，二极管桥会浪费大约2%的能效。有鉴于此，近年来业界提出了无桥PFC 拓扑结构。实际上，如果去掉二极管整流桥，由此带来的能效提升效果很明显。这种PFC 电路采用1 只电感、两只功率MOSFET 和两只快恢复二极管组成。对于工频交流输入的正负半周期而言，这种无桥升压电路可以等效为两个电源电压相反的升压电路的组合。其中左边的蓝色方框是PH1 为高电平、MOSFET 开关管M2 关闭时的开关单元，右边的橙色方框是PH2 为高电平、MOSFET 开关管M1 关闭时的开关单元。当PH1 为高电平、PH2 为低电平时，电路工作在正半周期，这时M2 相当于体二极管(body diode)，PH2 通过M2 接地;而当PH1 为低电平、PH2 为高电平时，电路工作在负半周期，这时M1 相当于体二极管，PH1 通过M1 接地。图：传统的无桥PFC 结构示意图。相对于传统PFC 段而言，这种无桥PFC 节省了由二极管整流桥导致的损耗，但不工作MOSFET 的体二极管传递线圈电流。最终，这种结构消除了线路电流通道中一个二极管的压降，提升了能效。但实际上，这种架构也存在几处不便，因为交流线路电压不像传统PFC 那样对地参考，而是相对于PFC 段接地而浮动，这就需要特定的PFC 控制器来感测交流输入电压，而这种结构中的简单电路并不能完成这项任务。这种架构也不能方便地监测线圈电流。此

软启动装置设计与仿真开题报告

本科毕业设计开题报告题目: 三相异步电动机软启动装置设计与仿真专题：院（系）：电气与控制工程学院班级：姓名：学号：指导教师：教师职称：

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目三项异步电动机软启动装置设计与仿真来源自拟题目 1、研究目的和意义：异步电动机在直接启动时瞬时冲击电流很大, 这对电网造成冲击, 并且启动时转矩冲击也很大, 直接影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此急需一种可以改善启动过程的设计来达到优化的作用。软启动用在电动机启动时，通过逐渐增大晶闸管的导通角来逐步增大启动电压，控制电机的启动电流不超过设定值，从而使得电机平稳的启动，减小对电网的冲击。课题采取单片机来控制，似的该装置结构小巧、运行速度快、价格低，多功能、多用途，可以提高精度，使启动具有可预测性、可控制性、可调整性、可重复性。软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软启动器以体积小,转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用,大有取代传统的自耦减压、星-角等启动器的趋势.由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备,在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范与规程.我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际技术问题.例如:不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等问题。（1）能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。（2）起动电压上升斜率可调，保证了起动过程的平滑性，起动电压可依据不同负载在30%～70%Ue(Ue为额定电压)范围内连续可调。（3）可以根据不同的负载设定起动时间。（4）起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。

无桥PFC电路的EMI分析

无桥Boost PFC电路的EMI分析（转）默认分类2010-01-15 12:09:51 阅读250 评论1 字号：大中小订阅摘要：系统地介绍了目前出现的无桥Boost PFC主电路结构，对它们各自导通路径﹑EMI进行了对比分析。采用两种比较有代表性的无桥拓扑作为主电路结构，控制电路采用单周控制芯片IR1150，设计了试验样机，并对两种PFC电路的EMI进行了测试分析。关键词：功率因数校正（PFC ：Power Factor Correction）无桥EMI 1 引言目前，功率因数校正一直在朝着效率高﹑结构简单﹑控制容易实现﹑减小EMI等方向发展，所以无桥Boost PFC电路[1]作为一种提高效率的有效方式越来越受到人们的关注。无桥Boost PFC电路省略了传统Boost PFC电路的整流桥，在任一时刻都比传统Boost PFC电路少导通一个二极管，所以降低了导通损耗，效率得到很大提高，本文就常见的几种无桥Boost PFC电路[2]进行了对比分析，并且对两种比较有代表性的无桥电路进行了实验验证和EMI测试分析。 2 开关变换器电路的传导EMI分析电磁干扰(EMI)可分为传导干扰和辐射干扰两种，当开关变换器电路的谐波电平在高频段(频率范围30 MHz以上)时，表现为辐射干扰，而当开关变换器电路的谐波电平在低频段(频率范围0.15～30 MHz)表现为传导干扰，所以开关变换器电路中主要是传导干扰。传导干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流,另一类是共模干扰电流。以图1所示的Boost电路为例对开关变换器电路的EMI进行分析，该电路整流时产生的脉动电流给电路系统引入了大量的谐波，虽然在整流输出侧有一个电解电容C能滤除一些谐波，但是由于电解电容有较大的等效串联电感和等效串联电阻，所以电解电容不可能完全吸收这些谐波电流，有相当一部分谐波电流要与电解电容的等效串联电感和等效串联电阻相互作用，形成差模电流Idm返回交流电源侧，差模电流的传播路径如图1中带箭头的实线所示。开关管的高频通断产生很高的d v/d t，它与功率管和散热器之间的寄生电容Cp相互作用形成共模电流Icm，此共模电流通过散热器到达地，地线的共模电流又通过寄生电容Cg1和Cg2耦合到交流侧的相线和中线，从而形成共模电流回路，共模电流的传播路径如图1中带箭头的虚线所示。图1 开关变换器的传导EMI传播路径在主电路参数完全相同的情况下，各种常见无桥Boost PFC电路中形成的差模电流是相同的。而不同的是因开关管的位置以及二极管加入等原因造成的共模电流。所以本文主要分析的的是各种电路结构中共模干扰的情况，各点的寄生电容大小以各点到输入侧零线之间的电位变化大小和频率变化快慢来代替分析[3]。 3 常见无桥Boost PFC电路介绍最基本的无桥PFC主电路结构如图2所示，由两个快恢复二极管（D1、D2）、两个开关管（S1、S2）电感（L1、L2）等组

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