無橋PFC拓撲結構及控制策略研究.pdf

1、隨著能源危機和全球環(huán)境的持續(xù)惡化，節(jié)能減排和保護環(huán)境成為維持經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的一件大事。許多國家和國際組織紛紛推出各項節(jié)能環(huán)保標準和規(guī)范對現有電源系統提出種種要求，其中歐洲IEC555管理條例規(guī)定，功率超過75W的產品需要增加功率因數校正（PFC）功能。在用電設備中采用PFC技術不僅可以提高功率因數、降低對電網的諧波污染、提高電源利用率，同時可以使產品滿足各種標準要求。
　　在目前采用PFC技術的各種電源和用電設備中，多數采用

2、整流橋首先將交流電轉化成直流電，再經過PFC環(huán)節(jié)實現功率因數校正功能。隨著功率等級的提高，整流橋的損耗在整個功率級損耗中占很大比重，因此采用不帶整流橋的無橋PFC拓撲結構對提高系統的整體效率具有重要作用。無橋PFC作為一種高效率的拓撲結構，引起人們的廣泛關注，本文將從拓撲結構和控制策略兩個主要方面對其進行研究，并將新型無橋PFC拓撲結構和控制方法應用到變頻空調系統中加以驗證和分析。
　　無橋PFC最先出現在Boost電路中，本文首

3、先分析了目前出現的無橋Boost PFC拓撲結構，在此基礎上設計了一種電流采樣簡單、電磁干擾噪聲小、通態(tài)損耗低的改進型無橋Boost PFC，并采用平均電流和單周期兩種控制策略，對改進型電路結構進行了對比分析和實驗驗證。將無橋設計思路進一步推廣到具有升降壓功能的PFC變換器中，提出一種新穎的級聯式無橋Buck-Boost PFC拓撲結構，與傳統單開關Buck-Boost PFC相比，這種新型拓撲結構能解決開關應力過高的問題，與傳統級聯式

4、Buck-Boost PFC相比，無橋結構能降低通態(tài)損耗提高效率。
　　與模擬控制相比，數字控制具有電路結構簡單、元器件少、對外部干擾不敏感、適應性強、容易實現系統升級等優(yōu)點。本文對無橋Boost PFC功率級傳遞函數和頻域設計方法進行研究，建立無橋Boost PFC的通用電路模型，為電路理論分析和參數設計提供依據。同時對控制過程中的占空比約束關系進行推導和分析，結合運動控制芯片IRMCF343，提出一種運算量小、適用于低成本數字

5、控制芯片的占空比預測算法，該算法主要用來改善電流環(huán)節(jié)的控制性能，與目前常用的平均電流控制相比它運算量小，同時具有更快的輸入電壓和電流跟蹤能力。
　　在PFC控制策略中，通常需要電壓環(huán)來穩(wěn)定輸出電壓，該環(huán)節(jié)中的低通濾波器雖然能衰減輸出電壓紋波，卻降低了系統對負載變化的動態(tài)響應能力。在負載經?？焖僮兓膽脠龊希ㄈ缱冾l空調壓縮機負載），電壓環(huán)帶寬不夠會導致輸出直流母線電壓長時間大幅度波動，這不僅使系統控制性能下降，同時對負載也是一種危

6、害。本文結合IRMCF343，在占空比預測算法的基礎上對電壓環(huán)進行改善，提出一種快速動態(tài)響應數字PFC算法，該算法無需增加外圍硬件電路，只需在原來數字算法基礎上增加一個補償環(huán)節(jié)就能實現低輸入電流畸變和快速動態(tài)響應的統一。
　　無橋PFC作為一種高效率的拓撲結構，雖然引起包括各空調廠家的廣泛關注，但到目前為止市場上還沒有任何一款關于無橋PFC的空調產品，也沒有針對無橋PFC和傳統PFC在空調中的系統對比分析。本文設計了基于傳統PFC