单相两级功率因数校正技术的研究

论文摘要

开关电源以其效率高、功耗小、重量轻、稳压范围宽等优点在电源领域中占据了主导地位。然而由于其非线性的特性,导致其输入电流中含有大量奇次谐波,对电网造成了严重的谐波污染。有源功率因数校正（Active Power Factor Correction, APFC）技术是抑制谐波电流、提高功率因数的最为有效的方法。论文首先阐述了APFC的研究现状和研究热点,对无源PFC技术、有源两级PFC技术和有源单级PFC技术进行了分析和对比。针对两级PFC变换器的中间直流电容体积庞大的问题,分析了前级PFC功率级采用前缘调制（Leading Edge Modulation, LEM）、后级DC/DC功率级采用后缘调制（Trailing Edge Modulation, TEM）的开关同步前缘／后缘调制的方法。前缘／后缘调制可有效减小中间直流电容的纹波电流和纹波电压的大小,进而减小电容的体积。论文分别对前缘／后缘调制和后缘／后缘调制PFC变换器的中间直流电容纹波电流进行了分析,证实了前缘／后缘调制PFC变换器的中间直流电容的纹波电流小于后缘／后缘调制PFC变换器的中间直流电容的纹波电流,并仿真验证了理论分析的正确性。两级PFC变换器的PFC功率级和DC/DC功率级是独立进行设计的,PFC功率级和DC/DC功率级的级联存在交互作用,并影响两级PFC变换器的性能。本文采用等效受控源方法建立了前级PFC和后级DC/DC的小信号模型,分别得到了它们的开环、闭环阻抗,基于Middlebrook阻抗比判据,分析了两级PFC级联系统的稳定性。最后,在理论分析结果的基础上,设计了一台容量为240W的Boost PFC+双管正激DC/DC变换器的两级PFC变换器电路,给出了主电路参数设计原则和计算公式,以及控制电路设计原理,并进行了实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 功率因数
• 1.1.1 功率因数的定义
• 1.1.2 功率因数校正的必要性
• 1.2 有源功率因数校正技术
• 1.2.1 APFC控制方法
• 1.2.2 单级PFC技术
• 1.2.3 两级PFC技术
• 1.3 两级PFC技术国内外研究现状
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 两级PFC中的开关同步技术
• 2.1 同步技术介绍和好处
• 2.2 脉宽调制技术
• 2.3 传统的后缘/后缘调制技术（TEM/TEM）
• 2.3.1 中间直流电容纹波电流理论分析
• 2.3.2 仿真结果分析
• 2.4 前缘/后缘调制（LEM/TEM）的开关同步技术
• 2.4.1 中间直流电容纹波电流理论分析
• 2.4.2 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 两级PFC级联稳定性分析
• 3.1 级联系统建模方法
• 3.1.1 建模方法分类
• 3.1.2 等效受控源法建模
• 3.2 级联系统稳定性分析方法
• 3.2.1 阻抗比Middlebrook判据
• 3.2.2 阻抗比禁区判据
• 3.3 Boost PFC电路建模分析
• 3.3.1 Boost PFC开环建模分析
• 3.3.2 Boost PFC闭环建模分析
• 3.4 DC/DC变换器建模分析
• 3.4.1 DC/DC开环建模分析
• 3.4.2 DC/DC闭环建模分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 实验设计和结果分析
• 4.1 两级PFC变换器拓扑设计
• 4.1.1 前级Boost PFC变换器校正原理
• 4.1.2 后级双管正激DC/DC变换器工作原理
• 4.2 主电路参数设计
• 4.2.1 PFC级主电路参数设计
• 4.2.2 DC/DC级主电路参数设计
• 4.3 基于ML4803的控制电路参数设计
• 4.3.1 PFC级控制电路参数设计
• 4.3.2 DC/DC级控制电路参数设计
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果