单相有源功率因数校正电路的研究与设计

论文摘要

功率因数校正技术是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的方法,近年来受到了越来越多的关注。本文在论述有源功率因数校正基本原理的基础上,对有源功率因数校正的主电路拓扑及控制方法进行了分析与比较,总结其特点;对无源功率因数校正(PFC)电路、有源两级功率因数校正(PFC)电路和有源单级功率因数校正(PFC)电路进行了分析及性能比较,指出它们分别适用的场合。通过比较,选择Boost变换器为主电路拓扑,采用UC3854控制器,设计一容量为500W的单相有源功率因数校正电路,给出了具体电路参数的计算。应用非线性优化方法分别对主电路和控制电路的补偿网络进行了优化设计。主电路以总体积最小为优化目标,优化结果表明电路的体积减少了0.5%;电流环以开环穿越频率最大为目标,优化结果表明电流环的稳定性能得到了改善,开关噪声抑制能力明显优于优化前的;电压环以线纹波电压增益最小为目标,优化结果表明电压环的带宽明显减小,纹波抑制能力远远优于优化前的。通过仿真证明了优化设计结果的正确性和有效性。与常用的功率因数校正(PFC)电路相比,无直流电压传感器的单相APFC控制电路不需要直流电压传感器和电流传感器,只需检测交流输入电压即可实现对输出电压和输入电流的调节,并可得到稳定的输出电压和与交流输入电压同相位的正弦输入电流波形。电路简单,容易实现,有利于减小体积和成本。对无直流电压传感器的原理进行了详细的分析,并进行了仿真,结果证明了原理电路的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 不良功率因数的来源
• 1.2 功率因数（PF）的定义
• 1.3 PFC技术的发展状况
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 APFC技术
• 2.1 APFC原理
• 2.1.1 APFC的基本原理
• 2.1.2 有源功率因数校正的主电路拓扑结构
• 2.1.3 有源功率因数校正的控制方法
• 2.2 APFC的两种电路结构
• 2.2.1 两级功率因数校正电路
• 2.2.2 单级功率因数校正电路
• 2.3 功率因数校正电路的性能比较
• 第三章 优化理论
• 3.1 简介
• 3.2 优化设计的基本定义
• 3.2.1 优化设计的三个内容
• 3.2.2 优化设计的分类
• 3.3 非线性约束的优化算法
• 3.4 优化设计的软件
• 第四章 主电路的设计与优化
• 4.1 有源功率因数校正主电路结构
• 4.2 初步设计
• 4.2.1 滤波器的设计
• 4.2.2 Boost电感的设计
• 4.2.3 电容的计算
• 4.2.4 元件参数的选择
• 4.3 主电路的优化
• 4.3.1 数学模型的建立
• 4.3.2 数学模型的求解
• 4.3.3 结果的改进
• 第五章 控制电路的设计与优化
• 5.1 电路的结构
• 5.2 工作原理
• 5.3 控制电路的设计
• 5.3.1 电流检测电路
• 5.3.2 峰值电流的限制
• 5.3.3 乘法器的设计
• 5.3.4 振荡器的设计
• 5.3.5 驱动电路的设计
• 5.3.6 反馈补偿网络的设计
• 5.4 控制电路的优化
• 5.4.1 开关电源的动态性能指标
• 5.4.2 APFC电路的小信号模型
• 5.4.3 反馈补偿网络的优化设计
• 第六章 单相APFC电路
• 6.1 电路工作原理
• 6.1.1 PFC变换器电路
• 6.1.2 控制原理
• 6.2 理论分析
• 6.3 电路仿真
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 学位论文评阅及答辩情况表