无桥Boost PFC变换器的控制策略研究
发布时间：2020-11-07 11:34
随着工业智能化进程不断加快,电力电子设备广泛应用于社会生产的各个领域,为我们的生活提供了诸多便利,但由此引发的谐波污染、电能质量下降等一系列问题却不容小觑。无桥拓扑的出现使更高效率化的PFC成为可能,而数字控制器以其控制精准、算法更新简便而被广泛采用,本文主要研究无桥PFC变换器的数字控制算法,并做了如下工作。无桥PFC是由Boost拓扑演变而来,首先对无桥Boost PFC的结构与工作原理进行介绍,然后推导了系统的小信号模型,并根据小信号模型,给出了CCM模式双闭环PI控制算法的完整推导过程。同时为了使系统能拥有更大的工作范围,研究了一种运算量更小,并且可以同时用于CCM与DCM模式的预测电流控制算法,分别对两种模式控制算法的推导过程进行了详细的论述,最终将其在无桥PFC上实现。在MATLAB/simulink中搭建了电路仿真模型对两种控制算法进行验证,仿真结果显示在启动阶段与轻载阶段,预测电流算法均表现出了比双闭环PI控制算法更优良的控制效果。并设计一台400W样机,将两种算法采用DSP28335分别实现,对整个电路的设计过程做了详细的介绍,实验结果表明,预测电流算法在控制效果方面优于双闭环PI控制算法,实验结果与仿真基本一致。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
子设备带来便利的同时，同样还需要关注其带来的谐波污染、电能质量下降等问??题。很多系统的前级电路普遍采用的，都是在不可控整流桥后直接连接大容量电??解电容进行滤波（如图１－１），这种结构只有在输入比输出高的时候，才会向电??容充电，所以电流的波形不是一个标准的正弦波，而是如图１－２所示的脉动波形。??这就导致交流电网侧产生了大量的有害谐波，其中三次谐波尤为突出＾２］，这些??高频谐波会产生严重的危害。对于用户而言，这种脉动状的电流不过是对器件的??应力比较大，但是对于电网而言却带来谐波污染，甚至会引发电路谐振。其中，??串联谐振将引起局部的瞬间过电压或者是过电流，而并联谐振引起的过电流会在??瞬间产生极高的热量，这些故障，轻则使设备工作异常，重则破坏绝缘、烧毁电??容器等，直接缩短设备的使用寿命；与此同时，这些故障产生的“二次效应”使??电网的供电质量大幅下降［３］。??丄??
进行充放电，来增加整流二极管的导通角，从而提高功率因数。当前广泛采用的??无源ＰＦＣ是日立空调的一位工程师所提出的填谷式无源ＰＦＣ（ＶａｌｌｅｙＦｉｌｌ?Ｃｉｒｃｕｉｔ），??该电路结构简单、成本低廉且效果显著［８］，其电路图如图１－３所示。填谷电路是??一个典型的高效低成本应用方案，它可使功率因数达到０．９左右［９］，满足??ＩＥＣ６１０００－３－２的标准。这与未加ＰＦＣ．的设备相比已然有显著提升。而且，与最??初代的无源ＰＦＣ相比，填谷电路去掉了体积庞大的低频电感，使用场合也因此??更加的广泛。??但是无源ＰＦＣ的体积会随着功率的增加而快速增大，且降低高次谐波的能??力有限，为了减少体积和进一步提高ＰＦ值，有源功率因数校正（ＡＰＦＣ）方案应运??而生。ＡＰＦＣ是在滤波电路与设备之间增加一个变换器，通过反馈技术使输入电??流跟踪电网电压的变化，直接提高功率因数。在某些大功率场合，ＡＰＦＣ的成本??将比无源ＰＦＣ更低
图１－４罗斯威尔公司提出的无桥ＰＦＣ拓扑??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｂｒｉｄｇｅｌｅｓｓ?ＰＦＣ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｒｏｓｗｅｌｌ??为了消除电路浮地问题，后来的学者对该拓扑进行了如图１－５所示的改进：??１、增加了第二个电感，产生了两个对称的直流／直流升压电路，每个半工频周期??有一个ｂｏｏｓｔ电路在工作［２７］［２８］。２、增加了二极管Ｄ３和Ｄ４，给电流提供了一个新??的回路，将交流电源连接到输出地，减少共模干扰，消除了浮地缺陷，提升了实??用性。而且，该拓扑的两个开关管可以同时驱动，这将减少驱动电路设计的工作??量，使得控制器的后续１Ｃ化也较容易实现。两个独立的电感器虽占用了更多的??ＰＣＢ面积，但也提升了高频工作时电感的散热能力，有文献提出也可以使用一??个耦合电感以进一步提高电感利用率［２９］。基于以上这些分析，本设计将使用这种??改进型的无桥电路
【参考文献】
本文编号：2873888
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
子设备带来便利的同时，同样还需要关注其带来的谐波污染、电能质量下降等问??题。很多系统的前级电路普遍采用的，都是在不可控整流桥后直接连接大容量电??解电容进行滤波（如图１－１），这种结构只有在输入比输出高的时候，才会向电??容充电，所以电流的波形不是一个标准的正弦波，而是如图１－２所示的脉动波形。??这就导致交流电网侧产生了大量的有害谐波，其中三次谐波尤为突出＾２］，这些??高频谐波会产生严重的危害。对于用户而言，这种脉动状的电流不过是对器件的??应力比较大，但是对于电网而言却带来谐波污染，甚至会引发电路谐振。其中，??串联谐振将引起局部的瞬间过电压或者是过电流，而并联谐振引起的过电流会在??瞬间产生极高的热量，这些故障，轻则使设备工作异常，重则破坏绝缘、烧毁电??容器等，直接缩短设备的使用寿命；与此同时，这些故障产生的“二次效应”使??电网的供电质量大幅下降［３］。??丄??
进行充放电，来增加整流二极管的导通角，从而提高功率因数。当前广泛采用的??无源ＰＦＣ是日立空调的一位工程师所提出的填谷式无源ＰＦＣ（ＶａｌｌｅｙＦｉｌｌ?Ｃｉｒｃｕｉｔ），??该电路结构简单、成本低廉且效果显著［８］，其电路图如图１－３所示。填谷电路是??一个典型的高效低成本应用方案，它可使功率因数达到０．９左右［９］，满足??ＩＥＣ６１０００－３－２的标准。这与未加ＰＦＣ．的设备相比已然有显著提升。而且，与最??初代的无源ＰＦＣ相比，填谷电路去掉了体积庞大的低频电感，使用场合也因此??更加的广泛。??但是无源ＰＦＣ的体积会随着功率的增加而快速增大，且降低高次谐波的能??力有限，为了减少体积和进一步提高ＰＦ值，有源功率因数校正（ＡＰＦＣ）方案应运??而生。ＡＰＦＣ是在滤波电路与设备之间增加一个变换器，通过反馈技术使输入电??流跟踪电网电压的变化，直接提高功率因数。在某些大功率场合，ＡＰＦＣ的成本??将比无源ＰＦＣ更低
图１－４罗斯威尔公司提出的无桥ＰＦＣ拓扑??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｂｒｉｄｇｅｌｅｓｓ?ＰＦＣ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｒｏｓｗｅｌｌ??为了消除电路浮地问题，后来的学者对该拓扑进行了如图１－５所示的改进：??１、增加了第二个电感，产生了两个对称的直流／直流升压电路，每个半工频周期??有一个ｂｏｏｓｔ电路在工作［２７］［２８］。２、增加了二极管Ｄ３和Ｄ４，给电流提供了一个新??的回路，将交流电源连接到输出地，减少共模干扰，消除了浮地缺陷，提升了实??用性。而且，该拓扑的两个开关管可以同时驱动，这将减少驱动电路设计的工作??量，使得控制器的后续１Ｃ化也较容易实现。两个独立的电感器虽占用了更多的??ＰＣＢ面积，但也提升了高频工作时电感的散热能力，有文献提出也可以使用一??个耦合电感以进一步提高电感利用率［２９］。基于以上这些分析，本设计将使用这种??改进型的无桥电路
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
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3 陈延明;杨兴龙;万忠东;陈卓毅;;基于单周控制的有源功率因数校正电路设计[J];电力电子技术;2006年04期
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6 张堃;基于DSP的有源功率因数校正技术的研究[D];湖南大学;2006年
7 应葑蔚;基于DSP控制的PFC电路研究[D];浙江大学;2004年
本文编号：2873888
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