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基于交错并联控制的Boost PFC的研究

作　者: 方孝杰
导　师: 南余荣
学　校: 浙江工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: Boost PFC 功率因数校正电流临界续断交错并联
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电力电子技术地高速发展以及随之而来的各种各样电力电子装置的普及应用,使得电网系统中谐波污染问题受到高度的关注。开关电源已成为电网中最主要的谐波源之一,而功率因数校正技术可以有效地提高电网的运行效率,改善电能质量,抑制谐波污染。因此功率因数校正电路成为电力电子领域的一个研究热点。Boost变换器以其电路简单,体积小,续流二极管反向恢复电流引起的损耗小,升压开关容易实现零电压开通等优点,广泛应用于功率因数校正电路。但由于输入电流纹波大,需要前级EMI滤波,开关损耗大,一般只适用于低功率场合。本文主要研究了临界续断模式下的交错并联 Boost PFC电路,设计了交错控制器。交错并联技术的运用,显著减少了输入电流的纹波和高频电磁干扰。因此它可以运用于高频高功率场合。论文首先简述了国内外功率因素校正技术的研究现状,指出了PFC技术研究热点主要集中地几个方面,在此基础上对交错并联Boost PFC进行了研究。首先以单重Boost PFC电路为例,介绍了临界续断模式下电路的工作原理,并得出了电路的开关特性。相对于单相,分析了交错并联技术的优势,分析了输入电流,输出电压纹波变化情况。接着分析了临界续断模式(CRM)下交错并联Boost PFC开启时同步的基本控制策略,指出了精确地延时移相环节是设计中的难点。本文介绍了一种快速的移相电路的设计,此电路可以实现精确地180°相移,且主从变换器都工作于理想的电流临界续断模式。经过对此移相环节的仿真,验证了设计的可行性和可靠性。然后基于集成控制芯片MC33262,设计了一台基于主从控制的交错并联Boost PFC的实验样机,主单元完全由主控芯片控制,从单元开关管驱动信号是由主单元开关管的驱动信号经过移相环节产生的。由于主从Boost PFC单元的参数基本一致,故只对主单元进行了电路参数的设计。最后,对实验中碰到的问题进行了分析总结,给出了问题产生的原因及其消除或解决问题采取的方法。还有对实验波形进行了分析,再一次验证了理论分析和电路设计的正确性。针对满载,轻载,空载这三种情况,分析了输入电压的变化给输出电压,整机效率,功率因数所带来的不同影响。并对这些实验数据进行了整理分析,绘制出了相应的变化曲线。实验表明,设计的实验电路工作状态良好,控制电路能够准确的控制从开关的导通,实现了主从电感的正确交错,输出电压稳定,功率因素高。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题的研究背景  11-12
    1.1.1 谐波污染成因  11
    1.1.2 谐波电流的危害  11-12
  1.2 功率因数校正技术  12-14
    1.2.1 功率因数校正技术的提出  12-13
    1.2.2 功率因数的定义  13-14
  1.3 功率因数校正技术的分类  14-18
    1.3.1 无源PFC 技术  14
    1.3.2 有源PFC 技术  14-18
  1.4 有源功率因数校正技术的国内外发展状况  18-19
  1.5 研究意义及内容  19-20
    1.5.1 课题研究的意义  19
    1.5.2 论文的主要内容  19-20
第2章单重 Boost PFC 与交错并联 Boost PFC 的比较分析  20-34
  2.1 单重BOOST PFC 电路  20-23
    2.1.1 CRM 下单重Boost PFC 电路的工作原理  21-22
    2.1.2 CRM 下Boost PFC 电路特性分析  22-23
  2.2 交错并联BOOST PFC 电路  23-33
    2.2.1 CRM 下双重交错并联Boost PFC 电路工作模式分析  24-26
    2.2.2 CRM 下双重交错并联Boost PFC 电路特性分析  26-31
    2.2.3 功率因数推导过程  31-33
  2.3 本章小结  33-34
第3章 CRM 下交错并联 Boost PFC 的仿真  34-43
  3.1 主从开关开启同步  34-35
  3.2 两种不同的延时实现  35-40
    3.2.1 延时的软件实现  36-37
    3.2.2 延时的电路实现  37-40
  3.3 模拟延时环节下的仿真实验  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章基于 MC33262 控制芯片的电路设计  43-50
  4.1 控制芯片MC33262 简介  44-45
  4.2 主BOOST 电路的参数设计  45-47
    4.2.1 升压电感的设计  45-46
    4.2.2 主开关管及续流二极管的选取  46-47
    4.2.3 储能电容的设计  47
  4.3 主控芯片外围器件设计  47-48
    4.3.1 输入电压采样端参数的计算  47-48
    4.3.2 输出电压反馈采样参数的计算  48
    4.3.3 输出功率级电流检测电阻的计算  48
  4.4 其他参数的设计  48-49
    4.4.1 交流输入端的前级滤波器  48-49
    4.4.2 其他主要参数  49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 CRM 下交错并联 Boost PFC 电路的实验分析  50-59
  5.1 测试时问题的探讨  50-52
    5.1.1 电流波形混乱  51
    5.1.2 主从电感的不匹配问题  51-52
    5.1.3 延时环节的偏差问题  52
    5.1.4 控制芯片的故障处理  52
  5.2 实验波形的分析  52-54
  5.3 实验数据分析  54-58
    5.3.1 满载状态  54-55
    5.3.2 轻载状态  55-57
    5.3.3 空载状态  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章总结与展望  59-61
  6.1 总结  59
  6.2 展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的学术论文  65

基于交错并联控制的Boost PFC的研究

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