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Boost-PFC电路拓扑和数字控制的研究

作　者: 杨潮晖
导　师: 刘汉奎
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 功率因数校正交错并联零纹波 TMS320LF281
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要

有源功率因数校正技术的研究集中在电路拓扑、控制策略、建模分析等方面。其中电路拓扑的研究除了电力电子技术中的基本变换器结构外,还针对一些特殊的拓扑结构,利用这些拓扑结构本身特性来构成所需要的PFC变换,以实现提高电路性能,降低成本的目的。控制策略的研究则主要是针对特定的拓扑结构,通过不同的数学和建模分析,对控制方法进行优化,以提高整体电路的性能,简化控制电路,降低成本。另外,通过对开关器件性能的改进,也可以从整体上提高电路的性能。本文分析了功率因数校正技术中的临界导通模式的原理,并给出了以TMS320LF2812为控制核心的PFC数字控制器的全过程设计、分析、调试。具体来说做了以下工作:(1)在分析和比较交错并联、图腾无桥、零纹波三种拓扑工作原理和性能特点的基础上,提出一种电流采样简单、通态损耗低、电磁干扰噪声小的改进型无桥零纹波交错并联Boost PFC电路。所提出的改进型Boost APFC拓扑,具有低功耗,低EMI,高效率等诸多优点。并对改进型Boost APFC电路依托于PSPICE平台,构建仿真模型,通过仿真,对电路参数予以优化和修正。(2)基于状态空间平均法,根据Boost的数字平均电流法的控制原理构建了Boost PFC的小信号模型,解出了Boost PFC的稳态解方程组和受扰动后的动态解方程组。在BOOST变换器的功率级建模方程组建立之后,本文运用经典控制理论中的PI校正技术,并依托于Matlab数学工具中的m函数分别绘制了,电压电流环开环校正前以及加入电流环和电压环控制器后闭环的全过程,进而设计出电流环和电压环控制器。(3)采用TMS320LF2812信号处理芯片作为核心构建PFC数字控制器,并基于simulink平台构建功率级和控制级联合仿真平台,进行仿真验证。本文最后还利用数字PFC控制算法灵活的优势,在传统控制中加入启动冲击电流抑制、减小交越失真、弱积分PI调节、均流等一系列优化模块,力求完善Boost PFC的静态和动态性能。(4)最后依托于TMS320LF2812信号处理芯片,将第二章所设计的新型拓扑应用于1000W数字APFC硬件电路中。在硬件电路设计方面,根据避免音频噪声的最低开关频率和并设置最长导通时间这两个限制条件设计两通道主电感,根据掉电维持时间和输出低频纹波双重限定设计输出电容。在数字控制内核的设计方面,合理分配资源,将第三章传统APFC控制方法移至数字控制芯片中,并将第四章的优化算法融入系统中,最终给出实际检验效果

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题来源背景及意义  10-12
  1.2 国内外的研究现状及分析  12-15
    1.2.1 交错并联PFC的研究  12-13
    1.2.2 图腾式无桥Boost PFC  13-14
    1.2.3 零纹波  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第2章 Boost APFC电路拓扑的研究  17-27
  2.1 引言  17-18
  2.2 现有 BoostPFC 拓扑的原理分析  18-22
    2.2.1 交错并联PFC  18-19
    2.2.2 图腾式无桥Boost PFC  19-20
    2.2.3 零纹波Boost PFC  20-22
  2.3 Boost APFC 电路拓扑的确定  22-26
    2.3.1 新型Boost PFC的工作原理  22-25
    2.3.2 新型Boost PFC的仿真验证  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章数字平均电流法控制器设计  27-37
  3.1 引言  27-28
  3.2 利用状态空间平均法构建 Boost APFC 的小信号模型  28-33
    3.2.1 状态空间平均法  28-29
    3.2.2 BOOST电路断续模态下的小信号模型分析  29-33
  3.3 电流环控制器设计  33-35
    3.3.1 电流环控制策略  33-34
    3.3.2 电流环控制器的确定  34-35
  3.4 电压环控制器的设计  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章数字控制策略的研究  37-47
  4.1 引言  37
  4.2 数字PFC控制平台构建  37-39
  4.3 数字PFC控制平台的仿真验证  39-41
  4.4 Boost APFC 电数字控制器的优化算法  41-46
    4.4.1 启动冲击电流抑制  41-44
    4.4.2 交越失真分析与抑制  44-45
    4.4.3 弱积分PI调节器  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章新型APFC系统设计与验证  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 新型APFC系统数字化框图  47-48
  5.3 主电路主要元器件参数选择  48-51
    5.3.1 Boost电感设计  48-51
    5.3.2 Boost输出电容设计  51
  5.4 新型APFC系统程序框图  51-53
  5.5 实验结果  53-56
    5.5.1 新型BOOSTPFC主电路、控制电路  53-54
    5.5.2 实验结果  54-56
  5.6 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

Boost-PFC电路拓扑和数字控制的研究

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