单周期控制CCM PFC的环路稳定性分析与设计

发布时间：2019-11-18 09:33

【摘要】：在能源节约和环境保护日益深入人心的今天,作为一种相对清洁的能源,电能在日常生活和工业生产中的应用越来越广泛。但是在使用电能的同时不可避免的会产生谐波电流,这些谐波电流不仅会造成电网污染,降低电能的有效利用率,甚至还会引发事故造成更加直接和严重的后果。而作为减小谐波电流的主要手段,功率因数调节(Power Factor Correction,PFC)技术的发展也不断加快,各种各样的控制策略相继被提出,应用范围也越来越广泛。为了提高方案的通用性,所设计的芯片最好具有较大的输入电压范围。但是,芯片中环路尤其是电压环的频率特性会随着输入电压的不同发生严重的偏移,这种偏移会对芯片的稳定性和正常工作造成严重的影响。在论文中首先分析了不同类型PFC的优劣,并对单周期控制策略的基本原理和单周期APFC的控制方程给出了较为详细的推导;之后,根据芯片的实际设计要求,选用了合适的PFC类型,并对芯片拓扑中的外围参数进行了推导;然后,根据之前得到的外围参数,结合对芯片电流环和电压环的小信号分析结果,给出了芯片内部各主要模块的设计参数。另外,为了补偿输入电压变化导致的环路频率特性的偏移,在芯片中加入了非线性区,并对其设计要求进行了重点分析。根据得到的各项设计要求,给出芯片中重点模块的电路实现和仿真结果,并利用Matlab,对电流环和电压环的频率特性进行了仿真,验证了非线性区的功能。本文以连续电流模式单周期有源PFC技术为基础,从芯片的环路稳定性出发,完成了对芯片主要环路的分析与设计,基于TSMC 0.5μm BCD工艺,对芯片进行了整体仿真,在整个正常工作范围内,本方案的PF值始终大于0.98,较好地满足了方案的设计要求。
【图文】：

图 1-1 常见开关电源拓扑小了整流后电压的纹波，给第二级的 DC-DC 级提供合适的输入量滤波电容难以消除。但是大容量滤波电容在减小线电压变化导致整流二极管在整个工频周期的大部分时间之内都处于反向

两者的常见拓扑分别如下图2-2 和 2-3 所示。图 2-2 常见两级 PFC 拓扑两级APFC由两个相互独立的变换器级联而成,至少有两套MOSFET和两套控制电路。前级为 AC-DC 变换器，用以实现 APFC 功能，通常采用工作在连续电流模式下的 Boost 变换器，其母线电压一般在 380V 到 400V 之间[12]。中间为储能电容，对前后两级变换器瞬时功率的差异进行补偿，由于前级具有功率因数调制功
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM714.1

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本文编号：2562525