带有功率因数校正的交错并联双管正激变换器的研制

论文摘要

实现开关电源的轻、薄、小是未来发展的趋势,对开关电源进行高效率、高功率密度、高可靠性的研究是电力电子技术的重要课题方向之一；电力电子装置的广泛应用对电网的谐波污染日趋严重,消除谐波污染、实现绿色电源也势在必行。本文针对这两点,研制了一台600W、两级式、带有功率因数校正的交错并联双管正激变换器实验样机。本文首先分析了课题的研究背景,对其国内外的发展进行了整理,引出了本文的主要工作。重点介绍本文核心部分——后级交错并联双管正激变换器的工作原理,详细分析了变换器在一个开关周期内的12个工作模态,对变换器的优缺点进行了总结；基于单周控制的理论分析,用公式推导的方式阐述了前级Boost功率因数校正电路的实现过程。对比分析了电压型控制和电流型控制的优劣,采用输出电压外环、峰值电流内环的双闭环控制策略对后级变换器控制,并对主电路建立了小信号模型分析,得出峰值电流控制的一阶模型；详细计算和设计了整个系统的主电路参数,并基于单周控制芯片IR1150和峰值电流控制芯片UC3846分别设计了前后级的控制电路。在系统参数设计的基础上,利用仿真软件Saber对前级功率因数校正电路和后级交错并联双管正激电路进行了闭环仿真,仿真结果证明了设计的正确；最后搭建了实验样机,实验结果和分析表明系统运行良好,达到了预期的设计目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 双管正激变换器的研究现状
• 1.2.2 功率因数校正的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 交错并联双管正激变换器与单周控制的工作原理
• 2.1 概述
• 2.2 交错并联双管正激变换器的工作原理
• 2.2.1 变换器的主电路拓扑
• 2.2.2 工作状态分析
• 2.3 交错并联双管正激变换器的电路特点
• 2.4 单周控制的PFC原理
• 2.4.1 单周控制理论
• 2.4.2 Boost变换器的单周控制PFC工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 交错并联双管正激变换器的建模及控制
• 3.1 概述
• 3.2 峰值电流控制原理
• 3.3 斜坡补偿技术
• 3.4 峰值电流控制的变换器小信号模型
• 3.4.1 主电路小信号模型
• 3.4.2 峰值电流控制的一阶模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 变换器的系统参数设计
• 4.1 概述
• 4.2 单周控制Boost主电路的参数设计
• 4.2.1 整流桥的选择
• 4.2.2 Boost升压电感的设计
• 4.2.3 输入高频电容的选择
• 4.2.4 功率开关管和续流二极管的选择
• 4.2.5 Boost输出滤波电容的选择
• 4.3 单周控制Boost控制电路的设计
• 4.4 交错并联双管正激主电路的参数设计
• 4.4.1 主变压器的设计
• 4.4.2 功率开关管和二极管的选取
• 4.4.3 输出滤波电感的设计
• 4.4.4 输出滤波电容的选择
• 4.5 交错并联双管正激控制电路的设计
• 4.5.1 开关频率和死区时间设置
• 4.5.2 电源等关键管脚的处理
• 4.5.3 峰值电流的限制
• 4.5.4 软启动的设计
• 4.5.5 峰值电流内环和电压外环的设计
• 4.6 交错并联双管正激驱动电路的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 变换器的系统仿真
• 5.1 概述
• 5.2 单周控制Boost变换器的仿真
• 5.2.1 仿真电路
• 5.2.2 仿真结果
• 5.3 交错并联双管正激变换器的仿真
• 5.3.1 仿真电路
• 5.3.2 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果
• 6.1 概述
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况