基于半桥PWM整流器的PFC研究

论文摘要

随着大容量的电力电子装置在电网中运行数量的增加,注入电网的谐波污染越来越大,这种严重谐波污染导致低功率因数,使电能的有效利用率降低。因此,世界各国都十分关注提高功率因数和抑制谐波问题。本文针对功率因数校正中的一些关键技术进行研究,包括软件锁相技术、半桥PWM整流器的原理和应用,以及双Boost型PWM整流器的设计。实现高功率因数的关键是控制输入电压、电流同频同相,故同步锁相技术的作用非常重要。本文研究了基于TMS320F2812DSP的三种软件锁相方法:指针归零法、先调频后调相和调频调相同时进行,对这三种方法的适用范围、所用DSP资源、锁相速度等方面分别进行了实验比较。半桥PWM整流器具有高功率因数、低谐波污染、能量双向流动等优点,本文研究其工作于功率因数校正状态,分析了半桥PFC的工作模式、电容不均压问题及其对输出电压纹波的影响,给出了解决方案,并设计了1kW实验样机完成实验验证。此外,论文在分析半桥PFC的基础上,研究一种双Boost型PWM整流器,并设计了1kW的实验样机,实验结果表明将双Boost型PWM整流器用作PFC不仅可以实现相对较高的变换效率和功率因数,而且提高了可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 谐波的危害与抑制
• 1.1.2 功率因数校正技术
• 1.2 PWM 整流器的研究发展状况
• 1.2.1 PWM 整流器发展及现状
• 1.2.2 电压型 PWM 整流器的拓扑结构
• 1.2.3 4 线 6 开关 PWM 整流器的应用及解耦过程
• 1.2.4 PWM 整流器的调制方式
• 1.2.5 PFC 中锁相技术
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 功率因数校正中软件锁相技术研究
• 2.1 锁相技术介绍
• 2.2 TMS320F2812DSP 芯片特点与资源介绍
• 2.3 指针归零法
• 2.4 先调频后调相
• 2.5 调频调相同时进行
• 2.5.1 调频调相同时进行算法原理
• 2.5.2 相位差的计算
• 2.5.3 软件流程图
• 2.6 实验验证
• 2.6.1 畸变问题
• 2.6.2 锁相速度分析
• 2.6.3 各频率点锁相波形图
• 2.6.4 结果比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 半桥功率因数校正的原理与设计
• 3.1 主电路结构及模态分析
• 3.2 直流侧电容电压不平衡问题
• 3.2.1 电容电压不平衡分析
• 3.2.2 电压不平衡对电容纹波影响
• 3.3 主电路参数设计
• 3.3.1 设计要求
• s 的计算'>3.3.2 开关频率f_s的计算
• 3.3.3 交流侧电感参数计算
• 3.3.4 直流侧电容参数计算
• 3.3.5 功率开关管的选择
• 3.4 控制电路设计
• 3.4.1 控制原理框图
• 3.4.2 电流滞环控制设计
• 3.4.3 隔离电路
• 3.4.4 数字控制系统硬件设计
• 3.4.5 电压外环稳压均压数字算法分析
• 3.4.6 软件流程设计
• 3.5 仿真与实验验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 双 Boost 型 PWM 整流器分析与实验
• 4.1 拓扑介绍
• 4.2 工作原理分析
• 4.2.1 工作模态介绍
• 4.2.2 占空比计算
• 4.3 系统设计
• 4.3.1 续流二极管
• 4.3.2 控制方案
• 4.4 仿真与实验验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文