三相单级桥式有源功率因数校正技术研究

论文摘要

电力电子装置的广泛应用,给公用电网造成严重污染。传统的整流装置大都采用二极管整流或相控整流,这些电路存在交流侧波形畸变严重、谐波污染大、功率因数低等缺点,对电网污染较大。有源功率因数校正技术(PFC)作为一种有效的谐波抑制方法,得到了广泛而深入地研究与应用。三相单级有源功率因数校正技术具有结构简单,成本低廉,效率高等特点,因此三相单级有源功率因数校正技术应用前景广泛。本文在分析目前国内常见的三相单级PFC结构的基础上,结合升压式变换器工作原理,提出了一种新型桥式结构,该结构使用两个全桥串联,降低了开关管的电压应力,利用箝位电路吸收变压器漏感在电路换流过程中产生的电压尖峰。使用一级电路结构完成功率因数校正及DC/DC变换,同时利用高频变压器实现交流输入侧与直流输出侧的电气隔离。通过使用软开关技术,该变换器中的所有开关管都能够实现软开关,有利于提高系统的效率。本文介绍了变换器实现功率因数校正的基本原理,对其工作模态进行了分析,确定了软开关的实现方法及实现条件。该变换器要求输入电感电流工作在断续模式(DCM),通过对输入电流进行详细的分析,得出了电感电流工作于断续模式的条件,并提出了设计输入电感的方法。针对输入电流中含有大量的高频谐波,设计了适合于功率因数校正变换器的输入滤波器。在理论分析及仿真分析的基础上,设计了实验电路,验证了理论分析和设计思想的正确性。由实验结果可知,该变换器具有较高的功率因数,功率开关管能够实现软开关,各项性能指标达到了设计要求。由此可知,该变换器有着广阔的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的意义
• 1.2 三相单级PFC变换器典型拓扑
• 1.2.1 反激式结构
• 1.2.2 单相PFC组合的三相PFC结构
• 1.2.3 三电平结构
• 1.2.4 全桥结构
• 1.2.5 其他典型结构
• 1.3 软开关技术的提出和发展
• 1.3.1 软开关技术的提出
• 1.3.2 有源箝位
• 1.4 主要工作及研究内容
• 第2章 全桥变换器的工作原理分析
• 2.1 概述
• 2.2 变换器主电路结构
• 2.3 功率因数校正原理分析
• 2.4 变换器工作模态分析
• 2.4.1 等效电路及分析假设
• 2.4.2 工作模态分析
• 2.5 软开关设计与实现
• 2.5.1 箝位电路应用
• 2.5.2 开关管零电压开通
• 2.6 仿真分析
• 2.6.1 功率因数校正功能验证
• 2.6.2 软开关验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 输入电流分析
• 3.1 概述
• 3.2 输入电流分析
• 3.2.1 输入电流瞬时值
• 3.2.2 输入电感电流平均值分析
• 3.3 输入电感设计
• 3.3.1 电感电流断续条件
• 3.3.2 输入电感电感量选取
• 3.4 输入滤波器设计
• 3.4.1 输入电流谐波仿真
• 3.4.2 输入滤波器设计要求
• 3.4.3 输入滤波器设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 辅助电路设计
• 4.1 控制电路设计
• 4.1.1 控制信号
• 4.1.2 时序电路设计
• 4.2 驱动电路设计
• 4.3 保护电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验分析
• 5.1 概述
• 5.2 电路参数设计
• 5.2.1 变压器变比设计
• 5.2.2 输出滤波设计
• 5.2.3 实验参数
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 软开关验证
• 5.3.2 功率因数校正功能验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢