带附加绕组的单级有源功率因数校正变换器

论文摘要

单级PFC变换器仅用一套控制电路,同时实现输入电流整形和输出电压快速调节,具有结构简单、成本低等优点,特别适合小功率场合的应用。但其储能电容电压不可控,随着输入电压和负载的变化而变化,如何有效降低储能电容电压是单级PFC变换器存在的主要问题。论文首先阐述了有源功率因数校正技术的研究现状,对各类单级PFC变换器的拓扑结构、工作原理进行了比较,归纳出Boost型单级PFC变换器的通用模型。在此基础上,本文提出一种新型的单级PFC变换器拓扑,详细分析了电路的工作原理,从电路稳态分析入手,论文给出了电路的大信号模型,并利用大信号模型对电路主要参数进行设计,推导出Boost电感和储能电容电压的关系,并给出仿真和实验波形,理论和实验表明该变换器可有效降低储能电容电压。论文在新型单级PFC变换器的基础上,增加一个变换器附加绕组,进一步降低了储能电容电压,但变换器功率因数随之降低。因此,在选择变压器附加绕组匝数时要折中考虑,在保证储能电容电压较低时,又要使变换器输入电流谐波满足有关标准。论文对引入总线电压反馈后的输入电流畸变进行了理论分析,推导出Boost电感和储能电容电压的关系,设计了主电路参数和闭环参数,并给出仿真和实验波形,验证设计的合理性。最后,对全文做出总结,归纳了研究和分析的内容以及结果。并结合存在的问题,指出基于软开关技术的单级PFC变换器在今后值得关注和进一步深入的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电网谐波污染问题
• 1.2.1 谐波产生的原因及其危害
• 1.2.2 谐波的限制标准
• 1.2.3 谐波的解决方法
• 1.3 功率因数校正（PFC）技术
• 1.3.1 功率因数和总谐波畸变率
• 1.3.2 两级功率因数校正
• 1.3.3 单级功率因数校正
• 1.4 功率因数校正技术典型控制方案
• 1.4.1 DCM 控制模式
• 1.4.2 CCM 控制模式
• 1.4.3 其它新型控制方式
• 1.5 PFC 技术的发展方向和课题的研究意义
• 1.5.1 PFC 技术的发展方向
• 1.5.2 本课题的意义
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 新型单级PFC变换器的工作原理与设计
• 2.1 引言
• 2.2 变换器的工作原理
• 2.2.1 变换器拓扑
• 2.2.2 工作过程分析
• 2.3 变换器的大信号模型
• 2.4 稳态分析
• 2.5 主电路的参数选择
• 2.5.1 开关频率fs 的选取
• 2.5.2 变压器的选择
• 2.5.3 输入电感LB和储能电容Cs 的选取
• 2.5.4 输出滤波电感LF和输出滤波电容CF的选取
• 2.5.5 开关管和二极管的选取
• 2.6 本章小结
• 第3章 增加附加绕组的单级PFC变换器
• 3.1 引言
• 3.2 电路工作原理分析
• 3.2.1 主电路拓扑
• 3.2.2 工作过程分析
• 3.3 电感LB工作电流分析
• 3.4 主电路的参数选择
• 3.4.1 变压器的选择
• 3.4.2 输入电感LB的选取
• 3.4.3 输出滤波电感LF的选取
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制电路的设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统的控制原理
• 4.3 脉宽调制控制器的设计
• 4.4 驱动器的设计
• 4.5 光耦控制电路的设计
• 4.6 电压反馈补偿器的设计
• 4.7 输出电压纹波的研究
• 4.8 本章小结
• 第5章 仿真与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 仿真分析
• 5.2.1 电路仿真软件PSPICE 概述
• 5.2.2 新型单级PFC 变换器的仿真结果
• 5.2.3 增加附加绕组的新型单级PFC 变换器的仿真结果
• 5.3 系统的实验研究
• 5.3.1 新型单级PFC 变换器的实验研究
• 5.3.2 增加附加绕组的新型单级PFC 变换器的实验研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介