基于占空比预估法的数字式APFC研究与设计

发布时间：2017-07-03 21:07

  本文关键词：基于占空比预估法的数字式APFC研究与设计

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【摘要】：随着能源的大量消耗和大气污染问题的日益严重,作为新型环保交通工具的电动汽车已成为当下发展的趋势。随着电动汽车的普及,大功率车用充电设备的需求也将日益增加,这会给公用电网带来巨大的谐波污染。因此,大功率电子设备要求必须带有功率因数校正(PFC)模块,从而抑制谐波电流,提高功率因数,减小电子设备对电网的谐波污染。随着数字控制技术的不断成熟,功率因数校正技术数字化已逐渐成为电力电子领域研究的热点之一。目前,大多数有源功率因数校正(APFC)数字控制算法多是从传统模拟控制策略上移植过来的,控制算法较为复杂,且运算量大,不利于大功率单相APFC数字化的推广。因此,必须充分发挥数字控制的优点,研究出运算简单且真正适合APFC的数字控制算法。占空比预估控制是一种新型的非线性控制策略,其算法简单、响应速度快,是一种很有研究价值的控制手段。首先,本文对现有占空比预估控制算法进行了详细的理论推导,该算法将输入电压直接引入到占空比计算中,这将给系统的稳定性带来干扰。因此,在现有占空比预估算法基础上,引入输入电压限幅滤波和前馈输入电压补偿两个改进策略。并在Matlab中搭建了改进占空比预估控制和平均电流控制Boost-PFC系统的仿真图,通过仿真结果表明,占空比预估控制在取得比平均电流控制功率因数更高的情况下,动态响应速度大大提高,算法更简单,抗干扰能力更强。其次,根据系统设计要求,确定了Boost-PFC电路系统的技术指标,完成了系统硬件设计总方案。随后对相应电路模块进行了仿真验证,优化了电路设计参数。在算法理论研究基础上,完成了系统的软件流程设计,明确了代码编写流程。最后,根据系统的设计方案搭建了软硬件实验平台,完成了相关调试工作。实验数据显示,辅助电源输出电压稳定,纹波小,满足设计要求;占空比预估控制Boost-PFC系统在宽电压输入和宽负载输出时,功率因数均大于0.98,输出母线电压稳定,且算法执行时间为平均电流控制算法的66.8%。在同等条件下,占空比预估控制获得的功率因数比平均电流控制高出1%左右,充分体现了改进算法的优势。
【关键词】：功率因数校正 数字控制 占空比预估 反激
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 功率因数校正的研究背景9-12
• 1.1.1 功率因数与谐波畸变率9-11
• 1.1.2 谐波的危害与抑制11-12
• 1.2 有源功率因数校正拓扑研究现状12-13
• 1.3 有源功率因数校正控制策略研究现状13-15
• 1.4 本文选题意义和主要研究内容15-17
• 1.4.1 本文的选题意义15
• 1.4.2 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 占空比预估控制Boost-PFC算法研究17-32
• 2.1 占空比预估控制APFC算法17-23
• 2.1.1 传统APFC控制算法的不足17-18
• 2.1.2 占空比预估算法的理论推导18-21
• 2.1.3 占空比预估与平均电流控制的对比分析21-23
• 2.2 占空比预估算法的不足及其改进策略23-25
• 2.2.1 占空比预测算法的不足23
• 2.2.2 输入电压限幅滤波算法设计23-24
• 2.2.3 引入前馈输入电压补偿的算法设计24-25
• 2.3 Boost-PFC控制算法仿真分析25-31
• 2.3.1 改进占空比预估控制Boost-PFC仿真分析26-29
• 2.3.2 平均电流控制Boost-PFC仿真分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 占空比预估控制Boost-PFC系统硬件设计32-58
• 3.1 Boost-PFC系统硬件设计总框架32-33
• 3.2 Boost-PFC功率主电路设计33-39
• 3.2.1 输入端过流和过压保护设计33-34
• 3.2.2 EMI滤波器设计34-35
• 3.2.3 整流桥的选型35-36
• 3.2.4 升压电感设计36-38
• 3.2.5 整流二极管和功率开关管选型38-39
• 3.2.6 输出滤波电容的设计39
• 3.3 Boost-PFC数字控制及其外围电路的设计39-46
• 3.3.1 TMS320F2812主控芯片特点简介39-41
• 3.3.2 MOSFET驱动电路设计41-42
• 3.3.3 采样调理电路的设计42-44
• 3.3.4 输入电压过零检测电路设计44-45
• 3.3.5 硬件保护电路设计45
• 3.3.6 LCD显示模块电路设计45-46
• 3.4 辅助电源的设计46-53
• 3.4.1 单端反激开关电源原理46-47
• 3.4.2 单端反激开关电源的电路设计47-51
• 3.4.3 单端反激电源变压器设计51-53
• 3.5 系统电路设计仿真验证53-57
• 3.5.1 APFC功率主电路仿真分析53-55
• 3.5.2 反激辅助电源仿真分析55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第4章 占空比预估控制Boost-PFC系统软件设计58-70
• 4.1 Boost-PFC系统软件设计总方案58-59
• 4.2 系统软件的资源配置59
• 4.3 电压环PID控制算法设计59-63
• 4.4 采样算法设计63-66
• 4.4.1 采样频率的确定63
• 4.4.2 采样模块校正算法设计63-65
• 4.4.3 采样模块具体控制方案设计65-66
• 4.5 Boost-PFC系统主要程序流程66-69
• 4.5.1 系统主程序设计66-67
• 4.5.2 中断服务子程序设计67-68
• 4.5.3 PID控制程序设计68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第5章 占空比预估控制Boost-PFC系统实验结果与分析70-81
• 5.1 实验平台搭建70-72
• 5.2 主要实验测试结果与分析72-80
• 5.2.1 反激辅助电源测试结果72
• 5.2.2 数字Boost-PFC系统测试结果72-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第6章 结束语81-84
• 6.1 主要工作与创新点81-82
• 6.2 结论82-83
• 6.3 后续研究工作83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：515175