高功率因数VVVF.doc

高功率因数VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)
正弦波逆变器设计
设计要求和技术指标
●主电路采用AC-DC-AC结构形式
●整机额定功率:2kW
●交流单市电输入(50Hz/220V)
●交流单相输出(45~55Hz范围内可调/60~110V范围内可调)
●
● AC-DC采用APFC或PWM整流
● DC-AC采用逆变全桥+低通滤波
设计的整体原理与设计方案

本设计的实质是间接变频电路的设计。
间接变频电源又称交一直一交变频电源,它是目前变频电源的主要形式,该方式通过AC-DC和DC-AC两次电能变换,效率稍低,但前级市电的干扰不会影响后级,输出波形好,变频范围宽。变频电源是通过控制功率开关器件的通断,将工频电源变换为另一频率电能的控制装置。工频交流电先通过整流器转换成直流电,然后再通过逆变器转换成频率、电压一定范围内可调节的交流电输出。变频电源的电路一般由整流电路、直流中间电路、逆变电路以及控制电路四个部分组成,其结构如图1所示。
图1 交直交变频电路系统结构图

如图2所示,当常规整流器与Boost斩波升压电路结合,并由APFC技术来控制时,形成高入端功率因数的整流器。
图2主电路结构
交流电经整流滤波,形成直流电,再经过APFC电路,利用其电流和电压环来调控入端电流跟踪电压波形和相位,以提高入端功率因数,并实现调压/稳压功能。
该直流电压通过逆变器输出单相可调的电压,频率调节范围为45~55Hz,电压调节范围为60~110V。
逆变器采用了正弦脉宽调制(SPWM)技术。正弦脉宽调制(SPWM)技术是利用功率开关器件的开通与关断,把直流电压变成脉宽按正弦规律变化的电压脉冲阵列,并通过控制电压脉冲的宽度和电压脉冲阵列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。
二、电路的设计

基于APFC技术的整流器的主电路采用Boost变换器结构,如图2虚线框内所示。APFC技术的核心是引进电压和电流反馈,以构成一个双闭环控制系统,外环稳定输出电压,内环实现输入电流调控和整形,使之成为与电压同相位的标准正弦波,以提高入端功率因数。内环的电流控制是对输入端电流进行连续调控,使电网全周期向整流器提供电流。采用UC3854组成的APFC整流器如图3所示,其中UC3854的5脚和4脚各通过一个电阻(R4和R3)接在主电路中电流采样电阻R18的两端,11脚接在APFC主电路输出端,6脚输入线电压波形,8脚输入线电压有效值,经过UC3854的运算处理,在16脚得到PWM信号,以控制开关管MOSFET(S5)。以UC3854的5脚、4脚相连的电流采样、6脚的整流电压波形、16脚的PWM驱动和MOSFET(S5)开关管,在UC3854的内部形成闭环的电流调节器;调控的结果使主回路的电流跟踪整流电压的波形。以UC3854的11脚相连的电压采样和整流电压的有效值及16脚PWM驱动等电路在UC3854的内部形成闭环电压调节器,使APFC整流器输出高稳定的直流电压。APFC整流器中还设计了保护电路,当UC3854的10脚接高电平时,控制电路工作;芯片的工作电压为l7V~22V,15脚接一个稳压管进行电压限幅保护