单周期控制双频Boost PFC变换器的研究

论文摘要

随着电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置的应用日益广泛,由此带来的谐波污染问题正在受到越来越多的关注。在此背景下,功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术应运而生,成为抑制谐波电流、提高功率因数行之有效的方法,已经在越来越多的领域得到应用。随着变换器开关频率的不断提高,开关损耗急剧增大,使得传统Boost PFC变换器的效率严重下降。为了减小开关损耗,提高变换器的效率,本文在传统Boost PFC变换器的基础上,结合双频Boost变换器具有的特性,研究分析了一种双频Boost PFC变换器。该变换器和传统Boost PFC变换器具有近似相同的PFC效果,但要比传统Boost PFC变换器的效率有所提升。本文对比分析平均电流型控制和单周期控制双频Boost PFC变换器的优缺点后,采用单周期控制的方法。在对系统主电路和控制电路进行参数设计的基础上,利用Matlab仿真软件搭建了系统的仿真模型,并基于单周期控制芯片IR1150S制作了一台200 W实验样机,分别对传统Boost PFC变换器和双频Boost PFC变换器进行仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,基于单周期控制的双频Boost PFC变换器能较好的实现输入侧功率因数校正,且比传统Boost PFC变换器的效率有所提升。另外,采用单周期控制的双频Boost PFC变换器能大大减少设计的步骤,节省设计的时间,减少控制电路元器件的数量,从而可以减小电路板的面积,节约成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电网的谐波污染
• 1.2.1 谐波的来源及危害
• 1.2.2 谐波的抑制方法及功率因数校正的提出
• 1.2.3 功率因数的定义
• 1.2.4 功率因数校正的意义
• 1.3 功率因数校正的现状与发展
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 双频Boost 变换器工作原理和特性分析
• 2.1 双频Boost 变换器拓扑结构
• 2.2 双频Boost 变换器工作原理分析
• 2.2.1 占空比要求
• 2.2.2 工作原理分析
• 2.3 双频Boost 变换器小信号模型分析
• 2.4 双频Boost 变换器参数设计
• 2.4.1 样机性能指标
• 2.4.2 电路参数计算
• 2.5 双频Boost 变换器仿真分析与实验验证
• 2.5.1 开环仿真与实验
• 2.5.2 闭环仿真与实验
• 2.6 本章小结
• 第3章 双频Boost PFC 工作原理和控制方法分析
• 3.1 双频Boost PFC 工作原理分析
• 3.2 Boost PFC 电路常用控制方法介绍
• 3.2.1 DCM 模式控制方法
• 3.2.2 CCM 模式控制方法
• 3.3 双频Boost PFC 控制方法分析
• 3.3.1 平均电流型控制
• 3.3.2 单周期控制
• 3.3.3 两种控制方法对比分析
• 3.3.4 系统小信号模型分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 双频Boost PFC 系统参数设计
• 4.1 系统设计指标
• 4.2 系统主电路设计
• 4.2.1 开关频率的选择
• 4.2.2 高频输入滤波电容的设计
• 4.2.3 电感的设计
• 4.2.4 输出滤波电容的设计
• 4.2.5 功率器件的选择
• 4.3 系统控制电路设计
• 4.3.1 控制芯片 IR1150S 介绍
• 4.3.2 控制芯片外围电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 双频Boost PFC 仿真和实验研究
• 5.1 双频Boost PFC 仿真研究
• 5.1.1 未加PFC 时的仿真
• 5.1.2 高频Boost PFC 仿真
• 5.1.3 双频Boost PFC 仿真
• 5.2 双频Boost PFC 实验研究
• 5.2.1 未加PFC 时的实验
• 5.2.2 高频Boost PFC 实验
• 5.2.3 双频Boost PFC 实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介