Power Factor Correction Using a Series Active Filter
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Power Factor Correction Using a Series Active Filter
148IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS,VOL.20,NO.1,JANUARY2005
PowerFactorCorrectionUsingaSeriesActiveFilter
ZhiguoPan,StudentMember,IEEE,FangZ.Peng,Fellow,IEEE,andSuilinWang
Abstract—Thispaperpresentsalow-costapproachtopowerfactorcorrection(PFC)ofsingle-phasedioderecti?ersusingaseriesactive?http://wendang.chazidian.comparingwiththetraditionalPFC,thepro-posedPFChaslowerrequirementsofpowerdeviceratings,whichleadstolowercost,higheref?ciency,andlowerelectromagneticinterference.ItalsocaneliminatethebulkyinductorneededinthetraditionalPFC.Thetopology,operationprinciple,andapplicationissuesoftheproposedPFCareanalyzedinthispaper.Thecontrolstrategyisdiscussedindetailandsimulationresultsareprovided.A1-kWprototypeisbuiltupandtheexperimentalresultsarepresentedtoverifytheanalysis.
IndexTerms—Adjustable-speeddrive,heating,ventilating,andairconditioning(HVAC),powerfactorcorrection(PFC),seriesac-tive?lter.
Fig.1.Traditionalpowerfactorcorrection.
simpleandeasytoimplement,ispresentedtoeliminatelinehar-monics.Simulationandexperimentalresultsaregiventoverifytheanalysisanddemonstratethecontrolperformance.
II.TOPOLOGYANDOPERATIONPRINCIPLE
I.INTRODUCTION
I
Ntherecentyears,moreandmorevariablespeedmotordrivesfedbysingle-phaseutilitypowerareusedinresiden-tialheating,ventilating,andair-conditioning(HVAC)systems.Mostofthemareusingdioderecti?erswithsmoothingdcca-pacitorsasthefront-end.Thedioderecti?erdrawspulsedcur-rentfromtheutilityline,whichleadstolowpowerfactor,lowef?ciency,andhighratingrequirementstotheswitchingde-vices.Asaresult,somestandardssuchasIEC1000-3-2havebeenbroughtforwardtolimittheharmoniccurrentoftheutilityline.Tocomplywiththesestandards,powerfactorcorrection(PFC)isneeded.Sofar,avarietyofpassiveandactivePFCtech-niqueshavebeenproposed[1]–[5].WhilethepassivePFCmaybethesimplestwayinthelowpowerapplications,theactivePFCareusedinthemajorityofapplicationsfortheirhighper-formance,compactsize,andlightweight.
Fig.1showsthemostcommonapproachtosignal-phaseac-tivePFC,whereaboostcircuitwithanadditional?lterinductorisusedtoshapethelinecurrent.Thebooststageforcesthedcbuscurrenttofollowthelinevoltage,whichresultsinanearlysinusoidallinecurrentwithoutphasedifference.However,itbringsinhighdcbusstress,highswitchingdeviceratings,highswitchinglosses,andhighelectromagneticinterference(EMI).Inthispaper,anewcompact,low-weight,low-costPFCusingaseriesactive?http://wendang.chazidian.comparingwiththetraditionalPFC,ithaslowerdeviceratings,lowercost,lowerEMI,andhigheref?ciency.TheinductorneededintheproposedseriesPFCisalsomuchsmallerthanthoseinthetraditionalPFC,andinthemostcases,thelineimpedanceoftheutilitylineisenoughforitsnormaloperation.Ahysteresiscontrolstrategy,whichis
ManuscriptreceivedAugust19,2003;revisedApril28,2004.RecommendedbyAssociateEditorH.duT.Mouton.
TheauthorsarewiththeDepartmentofElectricalandComputerEn-gineering,MichiganStateUniversity,EastLansing,MI48824-1226USA(e-mail:zpan@egr.msu.edu).
DigitalObjectIdenti?er
内容需要下载文档才能查看10.1109/TPEL.2004.839819
Thedioderecti?erwithproposedPFCfortypicalresiden-tialHVACisshowninFig.2.Becausetheaclineis100Vandlow,avoltagedoublerisusedforrecti?cation,i.e.,twocapaci-torsarechargedalternativelyoveronecycle.Theoutputvoltageisdoubled,resultinginanapproximate250Vdclinkvoltage
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看V).ThePFCcircuit,implementedbyafullbridge(
inverterwithanoptionalinductor,connectedinserieswiththedioderecti?er.Sincethedioderecti?erandthefullbridgein-verterbehavelikevoltagesources,thelinecurrentisdeterminedbythedifferenceamongthesethreevoltagesourcesandtheloop
andinductance,whichincludestheline
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看impedances
theinductanceoftheoptional
内容需要下载文档才能查看inductor.
Althoughfourswitchingdevicesareusedinthistopology,eachpowerdeviceonlyneedstosustainalowcapacitor
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看voltage,,whichislimitedbelow50V.Thuslow-cost,high-ef?-ciency60-Vmetal-oxidesemiconductor?eldeffecttransistors(MOSFETs)canbeemployed.Thevoltageratingofeachdeviceisonly20%ofthevoltageratingoftheswitchingdevicethatareusedinthebooststageofthetraditionalPFC.There-fore,eventhoughfourMOSFETsareusedintheproposedtopology,itstotalcostofswitchingdevicesisstilllessthanthecostofthehighvoltagedeviceinthetraditionaltopology.Inaddition,http://wendang.chazidian.comparedwiththehightransferratioandisolatedpowersupplyneededinthegatedrivecircuitofthetraditionalboostPFC,theproposedtopologycanalsoreducethecomplexityandcostofthegatedrivesignaltremendously.
whileswitchingisalsoaTheEMIproblemdueto
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看the
bigconcernofthePFCsystem.IntheproposedPFC,thevoltage
,whichislessthanstressontheswitchingdevicesis
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看only
50V,whiletheswitchingdeviceinthetraditionalboostPFCneedstoswitchonandoffthewholedcbusvoltage,250V.Therefore,theEMIinterferenceduringswitchingwillbere-ducedsigni?cantly.Thevoltagedistortionbroughtintotheac
0885-8993/$20.00©2005IEEE
PANetal.:POWERFACTORCORRECTION
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Fig.2.ProposedPFC.
gridbytheproposedcircuitalsocanbeneglectedbecause1)
V)and2)theline
内容需要下载文档才能查看theinverterdcvoltageisrelativelylow
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(
withtheinductanceoftheoptional
内容需要下载文档才能查看inductor,impedance,
arenormallyfargreaterthanthesource
内容需要下载文档才能查看impedance,.
Thesimpli?edequivalentcircuitisshowninFig.3,
内容需要下载文档才能查看whereisthetotalline
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看impedance,.Therelationshipbetweentheoutputvoltageoftheinverterandthestateofeachswitchcanbesummarized
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看by
(1)
内容需要下载文档才能查看where
isde?ned
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看as
内容需要下载文档才能查看forisON
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andis
内容需要下载文档才能查看OFFfor
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看bothareONorOFF
内容需要下载文档才能查看simultaneously
内容需要下载文档才能查看forisOFF
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andisON
(2)
andarecomplimentarypairs,re-
Fig.3.Equivalentciruitofproposed
内容需要下载文档才能查看PFC.
Note
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看that
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看spectively.
FromtheequivalentcircuitshowninFig.3,theline
内容需要下载文档才能查看currentsatis?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es
(3)
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看where
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
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内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看or
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看and
Fig.4.Hysteresiscontrol.
(4)
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看?lter,andfedintoahysteresiscomparator.Theoutputofthein-verterwillswitch
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看between
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andtolimittheharmoniccurrentwithinthehysteresisband.Inthiscontrolstrategy,thezerovoltageoftheinverterisnotutilized,whichresultsinhigherswitchingfrequencyandhigherswitchingripples.Inordertoreducetheswitchingfrequencyandthevoltageripple,thezerovoltagehastobeutilized.
Fig.4(b)showstheproposeddoublehysteresiscontrol,whichutilizesthezerovoltageoutputoftheinverter.Inthiscontrolstrategy,twohysteresiscomparatorswithdifferenthysteresis
内容需要下载文档才能查看and,areused.Sincethetwophaselegsofthewidths,
内容需要下载文档才能查看isfull-bridgeinverteraresymmetrical,wecanassume
内容需要下载文档才能查看that
.Fig.5illustratesthecomparatorandinvertergreater
内容需要下载文档才能查看than
andistherecti?ercapacitorvoltage.
andareconstant.Theline
内容需要下载文档才能查看current,Assume
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看that
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看canbecontrolled
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看when,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看or
issatis?ed.Thus,theseriesinverterwithenoughdcvoltageisabletomakethelinecurrentfollowthedesiredreference.
III.CONTROLSTRATEGY
A.HysteresisControl
Theeasiestwaytocontroltheproposedtopologyistousethehysteresiscontrol,asshowninFig.4(a).Inthiscontrol,thehar-moniccomponentoftheline
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看current,isextractedbya
内容需要下载文档才能查看notch
150IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS,VOL.20,NO.1,JANUARY
内容需要下载文档才能查看2005
Fig.5.Operationprincipleofthedoublehysteresiscontrol.
waveforms,
内容需要下载文档才能查看where
内容需要下载文档才能查看andare3Aand2A,respectively.
Whentheline
内容需要下载文档才能查看voltage,
satis?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es,theoutputofcomparator1isalwayshigh,i.e.,
内容需要下载文档才能查看switch
isturnedon.Thentheoutputoftheinverterswitchesbetween0
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看and
,accordingtheoutputofcomparator2,toforcethelinecurrenttofollowthesinusoidalreference.Considering
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看at
reachestheupperlimitofcomparator2andthe
outputofcomparator2?ipstohigh,thentheoutputofthein-verterbecomes0.Accordingto(3),thederivativeofthehar-monic
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看current,
becomesnegative,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andstartstode-crease.
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看At
reachesthelowerlimitofcomparator2,thentheoutputoftheinverterchanges
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看to
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andstopsde-creasingandbeginstoincreaseagain.Therefore,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
islimitedwithinthehysteresisbandofcom-parator2.
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看Since
doesnotreacheitherlimitofcomparator1,theoutputofcomparator1willalwaysremainhighduringthis
period.
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看At
changesto
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看negative,keepsde-creasingslowlyastheline
内容需要下载文档才能查看voltage,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看approaches.
内容需要下载文档才能查看When
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看surpasses
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看atbecomespositiveaccordingto(3).
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看Thenstartstoincreaseandreachestheupperlimit(2A)ofcomparator2again.Sincetheoutputofcomparator2isalready
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看high,
willkeepincreasing
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看untilreachesthelowerlimit
内容需要下载文档才能查看(
A)ofcomparator1
内容需要下载文档才能查看at,whentheoutputofcomparator1?ipstolow.
内容需要下载文档才能查看After,theoutputoftheinverterswitchesbetween
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看
and
tocontroltheharmoniccurrentwithinthehysteresisbandofcomparator2.Similarly,wecananalyzetheoperation
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看and.Inthiscontrolstrategy,
内容需要下载文档才能查看switches
内容需要下载文档才能查看andonlyswitchthreetimesperfundamentalcycle.Theswitchingfrequency
of
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看switches
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andisapproximatelyhalfthatofthesinglehysteresiscontrolwiththesamehysteresiswidth.Therefore,thedoublehysteresiscontrolstrategytremendouslyreducestheswitchingfrequency.
B.VoltageControlofDCCapacitor
Intheformerdiscussion,weassumethatthedccapacitorvoltageoftheinverterisconstant,whichrequiresthenetav-erageactivepower?owingintothecapacitorduringone
内容需要下载文档才能查看cycle
Fig.6.Blockdiagramofhysteresiscontrolwithdcvoltagecontrol.
tobezero.However,itcannotbeautomaticallyguaranteedintheactualcircuit.SoavoltagefeedbackcontrolshowninFig.6isaddedtoregulatethedcvoltageoftheinverter.
Inthiscircuit,theactualdccapacitorvoltageisdetectedandcomparedwiththereferencevalue,andtheerrorisfedintoaPIcontroller.Asinusoidalsignalinphasewiththelinevoltageisaddedtotheharmoniccurrentsextractedbythenotch?lter.TheamplitudeofthesinusoidalsignaliscontrolledbythePIcontroller.Byaddingthesinusoidaloffsettotheinputofthehysteresiscomparator,activepower?owingintothecapacitorwillbechanged,thusthedccapacitorvoltagecanbecontrolled.C.SwitchingFrequencyandVoltageRipple
Sincethehysteresiscontrolisusedtocontroltheswitchingdevices,theswitchingfrequencyisnotconstant.However,itisdesirabletoestimatetheaverageswitchingfrequencyfordesignpurposes.
Fig.7illustratestheswitchingpatternofthehysteresiscontrolwhentheline
内容需要下载文档才能查看voltagesatis?
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outputoftheinverterswitchesbetween0
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看and
.During
内容需要下载文档才能查看period,theinverter
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看voltageandtheline
内容需要下载文档才能查看current
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看satisfy
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(5)(6)
Similarly,duringperiod
,we
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看have
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(7)(8)
Assumethattheswitchingfrequencyismuchhigherthanthefundamentalfrequency,
内容需要下载文档才能查看thuscanbeassumedasaconstantvalueduringoneswitchingcycle,
内容需要下载文档才能查看thenandcanbegiven
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and
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(9)(10)
Thedutycycleandswitchingfrequencycanbewritten
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and
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(11)(12)
PANetal.:POWERFACTORCORRECTION
内容需要下载文档才能查看Fig.7.Switchingpatternofthehysteresiscontrol.
Similarly,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看for
,thedutycycleand
switchingfrequencyaregiven
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看by
and
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(13)(14)
Sincetheline
内容需要下载文档才能查看voltage,variesovertimeinmagnitude,thedutycycleandfrequencyarealsochangingincorrespondingtothelinevoltage.Assumingthatthehysteresiswidthissmallenough,thelinecurrentwillfollowthesinusoidalwaveformwhenthe
line
内容需要下载文档才能查看voltagesatis?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es
,andstayatzero
内容需要下载文档才能查看whensatis?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es.Itcanbeseenthatthelinecurrent
isclosertoasinusoidalwaveform
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看when
ishigher.Fig.8showsthewaveformsofthelinecurrentintheidealcase,thedutycycle,andtheswitchingfrequency,
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看where
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看(15)(16)
内容需要下载文档才能查看and
isthepeakvalueofthelinevoltage.Theactualswitchingfrequency,whichistheaveragefre-quencyoveronelinecycle,canbecalculated
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看as
(17)
From(17),itcanbeseenthattheoptional
内容需要下载文档才能查看inductorcanfur-therreducetheswitchingfrequencyandtheswitchinglosses.
However,thelineimpedancewillbeenoughtogetgoodperfor-manceformostcases.
Theline
内容需要下载文档才能查看current,
charges,discharges,orbypassesthedccapacitordependingontheswitching
内容需要下载文档才能查看state.Thedccapacitorvoltagecanbeexpressed
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(18)
whereswitching
内容需要下载文档才能查看stateisde?nedin(2).Fromtheaboveanal-ysisofthehysteresis
内容需要下载文档才能查看control,iseither0or1
内容需要下载文档才能查看whensat-is?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es.Thedc
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看capacitorkeeps
内容需要下载文档才能查看discharging
151
Fig.8.Waveformoflinecurrent
内容需要下载文档才能查看iintheidealcase,dutycycleDand
switchingfrequencyf.
duringthisperiodbecausethepolarity
内容需要下载文档才能查看ofispositive,sameasthepolarity
内容需要下载文档才能查看of
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看.alsokeepsdischarging
内容需要下载文档才能查看whensatis?
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看es
内容需要下载文档才能查看becauseisnegative
内容需要下载文档才能查看andiseither0
内容需要下载文档才能查看or
duringthisperiod.
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看Similarly,keepscharging
内容需要下载文档才能查看whenisgreater
内容需要下载文档才能查看than.Thus,themaximumandminimumvalue
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看ofoccurs
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看at
内容需要下载文档才能查看and,respectively.Thevoltagerippleonthecapacitorcanbedeterminedbyintegratingthecurrent?owed
intothecapacitorover
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看time
,which
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看is(19)
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看where
isthepeakvalueofthelinecurrent.Therequiredcapacitanceoftheinverterforanacceptablevoltageripplecanbeobtainedfrom(19).
D.SwitchingFrequencyBalancing
Inthedoublehysteresiscontrol,theswitchingfrequencyof
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看the
phaselegisonlythreetimesthefundamentalfre-quency,while
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看the
phaseleghasmuchhigherfrequencyasexpressedin(17).Theunbalanceoftheswitchingfrequen-ciesoftwophaselegsresultsintheunbalanceofstressandpowerlosses.Fortunately,aswitchingfrequencybalancingcir-cuitcanbeeasilyimplementedbyasimpledigitallogiccircuit
152IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS,VOL.20,NO.1,JANUARY
内容需要下载文档才能查看2005
Fig.9.Schematicoftheswitchingfrequencybalancing
内容需要下载文档才能查看circuit.
Fig.10.
Resultofswichingfrequencybalancing
内容需要下载文档才能查看circuit.
Fig.11.Simulationresultofproposedcontrolstrategy.
byutilizingtheswitchingstatesredundancyofthezerovoltage
output.
Fig.9showstheschematicoftheswitchingfrequencybal-ancingcircuit.Italternatesthezerooutputbetweentwo
内容需要下载文档才能查看states:
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andbothON
内容需要下载文档才能查看and
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andbothON.TheresultofthebalancingcircuitisshowninFig.10,
内容需要下载文档才能查看where
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andareunbal-ancedgatedrivesignals
内容需要下载文档才能查看and
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andarebalancedgatedrivesignals.FromFig.10,itcanbeseenthattheswitchingfrequen-ciesofthetwophaselegsarewellbalancedandbecomehalfof
theoriginalfrequency
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看of
whilegeneratingthesameoutputvoltage.
IV.SIMULATIONANDEXPERIMENTALRESULTS
Accordingtotheanalysisabove,aPFCcircuithasbeende-signed.Theparametersoftheloadandpowersourceare:output
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看power
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看kW,V(rms),60Hz.Thereferencevalue
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看of
wassetto50V
内容需要下载文档才能查看andto2A.Lettingtheripplevoltageofthedccapacitorbelessthan10%,theminimumca-pacitanceshouldbe4mFaccordingto(19).Assumethatthelineinductanceis0.2%p.u.,whichis
内容需要下载文档才能查看53H.SimulationresultsareshowninFig.
内容需要下载文档才能查看11.
Fig.12.Experimentalresultofproposedcontrolstrategy.V=100V,V
=
40V,
内容需要下载文档才能查看V=114V,I
=20A,H=2
内容需要下载文档才能查看A.Fig.13.Experimentalresultofproposedcontrolstrategy.V=100V,V
=
53V,
内容需要下载文档才能查看V=100V,I=17A,H=2A.
Fromthesimulationresults,itcanbeseenthatthelinecur-rentisimprovedandbecomesnearlysinusoidal.Alsoitisshownthatthevoltageofthecapacitoriswellbalancedwithanaverage
valueof50.2V.Themaximumandtheminimumof
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看the
are52.2and47.0V,respectively,andtheripplevoltageis5.2V,or10%,whichagreeswellwiththeanalyticalcalculation.The
switchingfrequencies
内容需要下载文档才能查看of
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看andare180Hzand27kHz,re-spectively,whicharealsoconsistentwithourpreviousanalysis.AseriesPFCprototypewiththeproposedcontrolstrategyhasbeenimplemented.ExperimentalwaveformsareshowninFigs.12and13.Fig.12istheresultwhenthereferencevalue
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看of
was40V,wherethecurrentTHDdroppedto24%aftercorrection,andthecurrentdisplacementwas1.2,resultinginapowerfactorof0.97.Fig.13istheresultwhenthereference
value
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看of
was50V.Accordingtoourpreviousanalysis,thelinecurrentshouldbeclosertoasinusoidalwaveforminthiscase,whichwasveri?edbytheexperimentalwaveform.ThecurrentTHDdroppedto11%aftercorrection,andthecurrentdisplacementwas0.8,resultingapowerfactorof0.99.
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