限频临界断续模式单相小功率APFC研究

论文摘要

随着科技进步以及节能环保意识的增强，人们对电能利用质量和效率提出了更高的要求。开关电源技术的应用提高了电能利用效率，但由于一般采用不控整流输入，引起了电网谐波污染。有源功率因数校正技术应运而生，并一直成为电力电子领域的一个重要研究课题。经过二十多年的发展，APFC已经从传统的突破某一技术瓶颈转移到综合性能优化。本文针对CRM模式APFC的限频以及无源无损软开关技术等进行分析和研究，共分六章进行。第一章从有源功率因数校正的研究现状入手，按隔离与否、变换级数、控制策略等方面对APFC的研究成果进行了叙述和比较。指出了CCM模式控制策略和CRM模式控制策略在单相中小功率APFC应用场合具有综合优势，但也存在局限。基于对CRM模式APFC缺陷的分析，本文提出了限频及无源无损软开关的改善措施。第二章对CRM模式APFC进行原理推导，分析了UC3852N的限频原理，在此基础上完成了变换器设计及元器件选择。根据仿真及实验分析了UC3852N存在的缺陷，并对其作了改进，最后分析了220Vrms输入时的电流谐波。第三章从阐述无源无损软开关的设计原则出发，选择了无源无损软开关拓扑并对其进行了分析，最后给出了其对变换效率的影响。第四章对变换器主要元器件进行了损耗分析，获取了工作过程各元件的大致损耗，并与实际测试值进行了比较。第五章对变换器的传导型EMI进行了分析，在对差模和共模EMI进行理论建模和实际测试的基础上，依据EN55022 Class A的干扰抑制要求计算了需要的插入损耗，完成了输入滤波器的设计，并给出了经过滤波的EMI测试值。最后，对论文阶段的工作进行了总结，并对限频CRM模式APFC的进一步优化作了几点展望。本文提供的一些理论分析及实验结论无论对理论研究还是工业应用都具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 单相APFC的研究现状
• 1.2.1 隔离型变换器和非隔离型变换器
• 1.2.2 单级变换器和两级变换器
• 1.2.3 CCM、DCM和CRM控制策略变换器
• 1.2.4 Boost变换拓扑的选用
• 1.3 两级有源功率因数校正技术的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本项目预期成果
• 1.6 本章小结
• 第2章 限频CRM模式APFC的原理及实验分析
• 2.1 CRM模式的原理推导
• 2.2 CRM模式APFC限频分析
• 2.3 主电路设计
• 2.3.1 Boost电感的设计
• 2.3.2 二极管与开关管选择
• 2.3.3 输出电容选择
• 2.3.4 控制芯片外接参数设计
• 2.3.5 过压保护电路设计
• 2.4 电路仿真及实验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 无源无损软开关分析及设计
• 3.1 软开关的应用背景
• 3.2 无源无损软开关拓扑选用
• 3.3 无源无损软开关过程分析
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 损耗分析
• 4.1 开关管和功率二极管的损耗分析
• 4.1.1 功率MOSFET损耗
• 4.1.2 功率二极管损耗
• 4.2 电感及其它元件损耗分析
• 4.3 无源无损软开关电路的损耗
• 4.4 损耗计算及实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 EMI分析及测试
• 5.1 差模EMI分析与设计
• 5.2 共模EMI分析与设计
• 5.3 本章的一些结论
• 5.3.1 测试的变换器原始EMI频谱
• 5.3.2 样机的实验结果EMI频谱
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.1.1 文献查阅及理论分析
• 6.1.2 样机的设计、研制及调试
• 6.1.3 电路性能进行分析
• 6.1.4 变换器的EMI进行了分析
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 Appendix
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢