单相有源AC/DC变换器及高性能功率模块的研究与应用

论文摘要

高功率因数、高效率、低噪音是电源装置和用电设备普遍追求的品质。本文以单相有源功率因数校正控制器和高性能功率模块的研制、开发为依托,对其从理论和应用开发两个方面进行了较为全面的研究和讨论。电磁兼容标准的强制实施,使有源功率因数校正控制器在较大功率变速电器中的应用研究势在必行。结合有源功率因数校正控制器的应用开发,对APFC技术的实现进行了理论分析和仿真、实验验证,针对较大功率应用场合,采用了并联交错APFC拓扑结构。(1)对传统升压型PFC拓扑结构进行了理论分析,基于双闭环控制原理建立了Pspice仿真模型,进行了仿真分析,并给出了实验验证。(2)以传统升压型PFC拓扑来实现APFC控制器,分别用UC3854N和L4981A/B为控制芯片实现了单相APFC电路,并进行了比较,同时详细阐述了参数优化、器件选型、线路板布局等设计要点。对应用设计中如何提高Boost PFC的性能进行了较为详细的分析,并且针对在生产实际中出现的问题提出了切实可行的解决办法。(3)针对较大功率情况下功率器件电流应力很大的情况,对基本升压型方案做出了改进——两级并联交错升压型PFC,结合不同电感绕制方式、不同驱动方式作了仿真分析,并通过实验给予了验证。叙述了具有集成驱动、保护和系统控制功能的智能功率模块FSBB20CH60,对其实施了隔离式的外驱动设计。实现了一种高性能功率模块。将其应用于变频空调,降低了成本,提高了可靠性。目前已投入批量生产,并取得了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 单相APFC 的技术背景
• 1.2 单相APFC 的应用前景
• 1.3 高性能功率模块的现状
• 1.4 课题来源及意义
• 1.4.1 APFC 控制器开发的意义
• 1.4.2 高性能功率模块研发的意义
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 升压型PFC 的原理、实验及性能分析研究
• 2.1 PFC 的工作原理
• 2.1.1 功率因数校正实现方法
• 2.1.2 升压型PFC 的理论分析
• 2.1.3 升压型PFC 的仿真研究
• 2.2 升压型APFC 的系统设计考虑
• 2.2.1 升压电感的选择
• 2.2.2 功率开关管、快恢复二极管的选择
• 2.2.3 功率电路设计
• 2.3 基于UC3854N 的APFC 实验研究
• 2.3.1 电压环设计
• 2.3.2 电流环参数设计
• 2.3.3 参数优化设计
• 2.4 基于L4981A/B 的PFC 实验研究
• 2.4.1 电路设计
• 2.4.2 实验结果分析
• 2.5 基于L4981B 的较大功率实用PFC 电路性能分析研究
• 2.5.1 如何提高效率
• 2.5.2 如何提高稳定性
• 2.5.3 如何提高电磁兼容性
• 2.5.4 如何实现电路保护
• 2.5.5 如何提高性价比和可靠性
• 2.5.6 如何实现电气安规要求
• 2.6 实际应用的意义
• 2.7 本章小结
• 第三章 单相并联交错APFC 的研究
• 3.1 单相大功率APFC 的应用设想
• 3.1.1 拓扑结构分析
• 3.1.2 升压电感绕制方式
• 3.2 并联交错APFC 的驱动技术
• 3.2.1 同步驱动方式
• 3.2.2 分频驱动方式
• 3.3 并联交错APFC 的仿真分析
• 3.3.1 采用同步驱动技术的两级并联交错BOOST PFC
• 3.3.2 采用分频驱动技术的两级并联交错BOOST PFC
• 3.4 并联交错BOOST PFC 试验分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于FSB B20CH60 的高性能功率模块设计
• 4.1 FSB B20CH60 的特点
• 4.2 高性能功率模块的设计
• 4.2.1 故障输出电路的设计
• 4.2.2 外部隔离驱动设计
• 4.2.3 与压缩机控制电路的接口设计
• 4.2.4 电源组件
• 4.2.5 电源自举电路的设计
• 4.3 参数优化及试验结果
• 4.4 本章小节
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文