功率因数校正技术研究及其在空调中的应用

论文摘要

随着电力电子技术的飞速发展，人类对电能的利用能力以及各种类型供电系统的技术水平都有了很大的改善。但由于不控整流器在功率设备中的广泛应用，各种谐波对电网的污染也变得十分严重，使得电能的生产、传输和利用的效率降低。而越来越收消费者青睐和国家相关部门推荐的变频空调也不例外。效率降低就意味着配电系统损耗增大，尤其是象空调这样的大功率电器。为了解决这一问题，抑制谐波，改善功率因数，我们必须设计新一代高性能功率因数变化器，它应具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正（PFC，Power Factor Correction）功能。而当前能源紧缺已成为制约国民经济发展的一个瓶颈，有鉴于功率因数校正对电能利用和电网供电质量的重要意义，本文在广泛了解和研究近年来功率因数校正技术主要研究成果的基础上，研制了一款基于DSP基础上的平均电流模式控制的功率因数校正系统。DSP控制器不仅有低成本好性能的优点，它还有很高的CPU带宽，并集成了模拟-数字转换器（A／D）和脉冲宽度调制器等电子外围设备。与传统的模拟相比控制，DSP控制器提供了很多与众不同的优点，例如它可以提供对多个平台设计的标准硬件控制，对环境变化和老化的敏感性更低，噪音更低，更有利于负责的控制算法的实施，对于用户设置可以更灵活的修正。本论文的方案是一款针对变频空调的基于TMS320LF2407A的功率因数校正方案。这种平均电流模式控制的PFC方案，在其控制部分增加了电压前馈环节，使得系统在交流线电压输入变化时环路增益保持恒定，维持较好的动态响应。本方案独立开发了全新的软件和硬件，抛弃了以往必须采用进口模块的方法，为降低成本扫除了障碍，用低于进口方案的成本实现了等同于进口方案的效果，非常适用于当今价格竞争激烈、技术壁垒重重的家电市场，有很好的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 功率因数的定义
• 1.3 功率因数低的危害
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 功率因数校正常用的方法
• 2.1 常用功率因数校正方法
• 2.1.1 无源功率因数校正
• 2.1.2 有源功率因数校正法
• 2.2 有源功率因数校正技术的现状与发展趋势
• 2.2.1 Boost 拓扑分析
• 2.2.2 Boost 拓扑在功率因数校正电路中的应用
• 2.2.3 Boost 型功率因数校正电路的控制策略
• 2.2.4 各种有源方案的比较
• 第三章 数字信号处理器（DSP）的特点与优势
• 3.1 DSP 的发展历程
• 3.2 DSP的特点及优势
• 3.2.1 硬件特点
• 3.2.2 软件特点
• 3.3 DSP 的发展趋势与前景
• 第四章 基于 DSP 的主电路结构分析
• 4.1 TMS320LF2407A介绍
• 4.2 DSP 控制器的结构
• 4.2.1 PFC 方案的硬件与 TMS320LF2407A 的接口
• 4.2.2 PFC 数字控制器设计方案
• 4.2.3 PFC 数字控制器的设计举例
• 第五章 PFC 技术在空调器中的应用及主要器件参数选择
• 5.1 空调中为什么要使用 PFC
• 5.1.1 空调功率因数降低的危害
• 5.1.2 在空调产品中谐波是怎么产生的
• 5.2 空调 PFC 方案设计
• 5.2.1 原理图
• 5.2.2 软件流程图
• 5.2.3 主要器件的选择
• 5.2.4 抗干扰措施
• 5.2.5 电路实验波形和结果
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表