有源浮充平台在单相功率因数校正变换器中的应用研究

论文摘要

随着计算机和互联网技术的迅猛发展,中央处理器(Central Processing Unit,CPU)的信息处理容量日益增加,工作电流不断增大;同时为了减小能量损耗则要求供电电压越来越低,预计未来CPU供电设备要求电流超过100A而电压却低于1V,低压大电流输出是必然的发展趋势。从传统的Boost型有源功率因数校正器(Active Power Factor Correction, APFC)的输出电压400V变换到CPU所需的1V需要经过多级变换器,这样不仅电路结构复杂,也使得效率难以保证,因此有必要降低Boost型APFC的输出电压。本文研究了有源浮充平台(Active Floating Charge Landing, AFCL)在单相Boost型APFC中的应用,其可以将输出电压从传统的400V降到200V,有利于后级变换器的设计。双频变换器技术可以在提高系统性能的同时提高变换器的效率,搭建双频有源浮充平台,并将其应用于Boost型APFC中,能够解决因有源浮充平台的加入而使APFC开关损耗显著增大的问题。本文首先介绍了APFC和双频变换器技术的发展,阐述了带有源浮充平台Boost型APFC研究的目的和意义。分析了传统Boost型APFC输出电压常控制在400V的原因,说明了传统Boost型APFC的开关损耗,并推导了其输出电压纹波表达式。然后对各种带有源浮充平台的Boost型APFC拓扑进行了比较分析,推导了其中两种拓扑的交流小信号模型和输出电压纹波表达式,并用上升沿调制单周控制和电荷控制实现了对其中一种输出接地拓扑的控制。搭建双频有源浮充平台,将其应用于Boost型APFC中,分析了带双频有源浮充平台的Boost型APFC的工作原理,并对其控制方法进行了研究。另外对带单频有源浮充平台的双频Boost型APFC以及带双频有源浮充平台的双频Boost型APFC拓扑也进行了初步探讨。最后,本文设计了带单频和双频有源浮充平台的Boost型APFC的主电路参数,并在仿真软件Saber中对这两种变换器进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 谐波的危害
• 1.3 功率因数校正技术
• 1.4 双频变换器技术
• 1.5 课题的背景及意义
• 1.6 论文的主要内容
• 2 传统 Boost 型 APFC
• 2.1 传统Boost 型APFC 的输出电压
• 2.2 传统Boost 型APFC 的负载
• 2.3 传统Boost 型APFC 的开关损耗
• 2.4 传统Boost 型APFC 的输出电压纹波
• 2.5 本章小结
• 3 带有源浮充平台的单相 Boost 型 APFC
• 3.1 有源浮充平台
• 3.2 带有源浮充平台的Boost 型APFC 的拓扑结构
• 3.3 交流小信号模型
• 3.3.1 拓扑1 的交流小信号模型
• 3.3.2 拓扑4 的交流小信号模型
• 3.4 输出电压纹波
• 3.4.1 拓扑1 的输出电压纹波
• 3.4.2 拓扑4 的输出电压纹波
• 3.5 控制策略
• 3.5.1 控制目标
• 3.5.2 控制方法介绍
• 3.5.3 控制的实现
• 3.6 本章小结
• 4 带双频有源浮充平台的单相 Boost 型 APFC
• 4.1 双频有源浮充平台
• 4.2 带双频有源浮充平台的Boost 型APFC 的拓扑结构
• 4.3 工作原理
• 4.4 输出电压纹波
• 4.5 控制策略
• 4.6 拓扑的扩展
• 4.7 本章小结
• 5 仿真分析
• 5.1 主电路参数设计
• 5.1.1 输入电感的选取
• 5.1.2 输出电容的选取
• 5.1.3 浮充电感的选取
• 5.1.4 浮充电容的选取
• 5.2 仿真结果
• 5.2.1 带单频有源浮充平台的Boost 型APFC 的仿真结果
• 5.2.2 带双频有源浮充平台的Boost 型APFC 的仿真结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录