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基于单周期控制策略的新型高效率PFC电路研究

作　者: 刘妍
导　师: 贲洪奇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 有源功率因数校正无桥PFC 单周期控制抗干扰能力
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 315次
引　用: 2次
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内容摘要

有源功率因数校正(APFC)技术作为减少谐波污染,提高电能质量的主要手段之一,逐渐受到人们的关注与重视,成为电力电子领域的热门研究方向。本文研究了一种基于新颖的高效率PFC主电路与单周期控制相结合的单相PFC方案,改善了当前传统PFC方案的种种缺陷。传统的PFC方案使用整流桥与Boost电路结合作为主电路结构,导通损耗较大,因此,本文通过比较分析由传统Boost电路衍生的两种新颖高效率PFC主电路工作原理与结构,详细分析其共模干扰问题并由此选择单电感结构无桥PFC电路作为主电路拓扑。提高了电路的转换效率。传统典型PFC方案中通常选择使用乘法器的直接电流控制,存在控制电路复杂,且抗扰性较差的问题。本文引入新型的非线性控制—单周期控制作为此PFC电路的控制策略。在对其控制原理与性能优势分析的基础上,对电感电流不同工作模式时单周期控制应用于PFC电路的实现方案进行比较研究,进而确定本电路使用电流连续模式,上升沿调制的控制方式。作为非线性的控制策略,单周期控制应用于PFC电路中具有特殊的性能优势。分析可知,本电路具有良好的抗干扰能力和连续功率因数校正功能。在参数设计与理论分析的基础上,搭建电路仿真模型,仿真验证了电路可行性及其控制优势。由于电路独特结构形式和控制需要,与传统Boost-PFC电路相比,输入电流检测较为复杂。为此设计实现基于霍尔电流传感器的检测电路,为进一步降低成本,将霍尔器件与绝对值电路相结合,实现了准确可靠的电流检测电路。最后搭建一个400W功率容量的硬件电路对本PFC方案进行实验验证。电路结果波形表明,所设计电路能够很好实现功率因数校正功能。同时具有传统PFC方案所不具备的性能优势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 引言  10
  1.2 课题背景与研究意义  10-12
    1.2.1 功率因数的定义  10-11
    1.2.2 功率因数校正的意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-20
    1.3.1 改善功率因数的措施  12-15
    1.3.2 传统单相有源功率因数校正电路拓扑  15-17
    1.3.3 单相有源功率因数校正电路常用控制方式  17-19
    1.3.4 APFC实现策略的发展趋势  19-20
  1.4 本文研究内容与意义  20-21
第2章新颖高效率PFC主电路  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 由传统Boost电路衍生的新颖高效率PFC主电路  21-26
    2.2.1 无桥式高效率PFC电路  22-23
    2.2.2 半桥式高效率PFC电路  23-24
    2.2.3 两种高效率PFC电路EMI问题及比较分析  24-26
  2.3 无桥式PFC电路电感结构对共模干扰的影响  26-29
    2.3.1 传统Boost-PFC电路共模等效分析  26-27
    2.3.2 双电感结构无桥PFC电路共模等效分析  27-28
    2.3.3 单电感结构无桥PFC电路共模等效分析  28
    2.3.4 各种无桥电路共模干扰比较分析  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章单周期控制策略  31-40
  3.1 引言  31-32
  3.2 单周期控制原理与性能优势  32-35
    3.2.1 单周期控制基本原理  32-33
    3.2.2 输入电压扰动抑制  33-34
    3.2.3 跟踪控制基准能力  34-35
  3.3 应用于PFC电路中的单周期控制策略实现  35-39
    3.3.1 电感电流断续模式  35-36
    3.3.2 电感电流连续模式  36-38
    3.3.3 断续与连续模式比较分析  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章单周期控制新颖PFC方案设计与分析  40-50
  4.1 引言  40
  4.2 主电路设计  40-42
    4.2.1 电感量设计  40-41
    4.2.2 输出电容设计  41-42
  4.3 控制电路设计  42-43
  4.4 稳定性分析  43-45
  4.5 仿真分析  45-49
    4.5.1 功率因数校正效果  45-47
    4.5.2 电路优势性能分析与仿真验证  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章实验电路研制及实验分析  50-67
  5.1 引言  50
  5.2 主电路硬件实现  50-52
    5.2.1 功率器件选择  50-51
    5.2.2 升压电感设计  51-52
  5.3 控制电路硬件实现  52-55
    5.3.1 积分器设计  52-53
    5.3.2 时钟电路  53-54
    5.3.3 驱动电路  54-55
  5.4 辅助电路设计  55-59
    5.4.1 电流检测  55-58
    5.4.2 保护电路  58-59
  5.5 实验结果分析  59-66
    5.5.1 控制电路工作验证  59-61
    5.5.2 开关管与二极管波形  61-62
    5.5.3 功率因数校正效果验证  62-66
  5.6 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-72
附录  72-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73-75
致谢  75

基于单周期控制策略的新型高效率PFC电路研究

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