PFC理论基础与Matlab仿真模型学习笔记(1)--PFC电路概述

一、整流器滤波电路简介

整流器滤波电路的主要功能是将交流电(AC)转换为直流电(DC),并通过滤波器减少波动以输出稳定的直流电。其工作原理主要分为两个部分:

1.整流部分

  • 整流器的核心器件是二极管,其工作原理是利用二极管的单向导通性,阻止电流的反向流动。
  • 全波整流半波整流 是最常见的两种整流方式:
    • 半波整流:仅利用交流电的一个半周期(正半周期),负半周期被抑制,这样的整流效率较低。
    • 全波整流:可以利用交流电的两个半周期(正半周期和负半周期),通过桥式整流电路(4个二极管)可以有效提高输出的直流电平整度。

整流后的电压虽然是直流电,但由于其还包含明显的波纹成分(脉动直流电),需要通过滤波器进行平滑处理。

2.滤波部分

  • 滤波器的主要功能是消除脉动成分,使直流电更加平滑、稳定。
  • 常用的滤波器有电容滤波器和电感滤波器:
    • 电容滤波器:通常接在整流后的输出端,电容可以储存电荷,在输入电压波动时释放电荷,减少波动幅度。
    • 电感滤波器:电感器具有阻碍电流变化的特性,可以削弱高频波动。
    • LC滤波器:电感和电容相结合,可以更有效地滤除高频和低频噪声。

经过整流和滤波,输出的直流电更加平滑,用于为电子设备供电。

二、MATLAB电路仿真

1. 无滤波整流电路

1.1 电路图

powergui设置为Discrete,1微秒测量一次

AC设置 220V 50Hz

R设置 100欧姆

示波器设置为两个显示区域

1.2 实验结果

结论:整流后的电压虽然是直流电,但由于其还包含明显的波纹成分(脉动直流电),需要通过滤波器进行平滑处理。

2.整流滤波电路

2.1 电路图

2.2 实验结果

结论:输出电压变得平稳,但是电流有明显的谐波。并且想要电压变得更平稳,需要加大电容的大小,这样的话会进一步增加电流的谐波。

加大电容后输出结果,电流谐波峰值明显增大。

三、结论

传统的整流滤波电路存在以下主要缺点:

  1. 电流谐波过大,导致电能浪费、降低功率因数和对电网的污染。
  2. 功率因数较低,增加了电网的负担。
  3. 滤波效果有限,负载变化时容易产生较大电压纹波。
  4. 输入电流峰值过大,增加了电路中的元件应力和电源设计复杂性。
  5. 无功功率增加,降低了电能利用效率。
  6. 电源效率较低,发热严重。
  7. 对其他设备产生干扰。

因此,在现代电源设计中,通常会使用主动PFC(功率因数校正)电路和其他改进的整流滤波电路来克服这些缺点,从而提高系统的效率和稳定性。

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