Boost-PFC電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǖ难芯?pdf

1、PFC技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。采用PWM控制方式的整流器，能得到較好的單位功率因數(shù)，減少線電流畸變，實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，是實(shí)現(xiàn)電力電子裝置功率因數(shù)校正和諧波抑制的理想整流器。本論文對于Boost功率因數(shù)校正器的拓?fù)浞诸惡蚉WM整流器的控制策略進(jìn)行了比較詳細(xì)的綜述介紹和比較深入的研究。具體所作的幾個(gè)方面的研究目的和工作內(nèi)容如下： (1)提出了一種關(guān)于單相Boost功率因數(shù)校正器數(shù)字控制的簡化

2、算法 隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其在功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。相對模擬控制，數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)：沒有模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，簡化硬件電路，控制靈活且易實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制等，使得所設(shè)計(jì)的電源產(chǎn)品不僅性能可靠，且易于大批量生產(chǎn)，從而降低了開發(fā)周期。因此，數(shù)字化控制電源已成為當(dāng)今開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)的潮流。 但是，數(shù)字控制同時(shí)也存在很多問題，其中最主要的就是數(shù)字化運(yùn)算速度與開關(guān)頻率之間制約的問題，使得現(xiàn)有控制算法很難完全實(shí)

3、現(xiàn)以上優(yōu)點(diǎn)。為了解決上述開關(guān)頻率與DSP處理速度之間的矛盾，論文第二章提出了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的改進(jìn)的PFC數(shù)字控制方案，避免了常規(guī)平均控制算法在每個(gè)開關(guān)周期中復(fù)雜的輸出占空比運(yùn)算，減少了每個(gè)開關(guān)周期DSP工作量，得到了相對平均電流控制更高的控制效率。 此改進(jìn)算法基于預(yù)設(shè)正弦表和系統(tǒng)微分約束關(guān)系，使得大部分的運(yùn)算和采樣工作都可以在主循環(huán)(即多個(gè)開關(guān)周期)中完成，從而簡化控制，提高開關(guān)頻率。同時(shí)還避免了電網(wǎng)電壓畸變對

4、輸入電流控制的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了此改進(jìn)算法的有效性，控制策略簡單但包含完整的電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制，通過TMS320LF2407A定點(diǎn)DSP(執(zhí)行速度40MIPS)即可以實(shí)現(xiàn)對開關(guān)工作頻率100kHz的單相PFC的數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)低諧波的功率因數(shù)校正電路。此控制策略大大減少了控制CPU的工作量。 (2)基于DSP控制的無紋波雙管H橋整流電路的研究 本實(shí)驗(yàn)擬設(shè)計(jì)3kW單相功率因數(shù)校正前置電路，對于單相PFC

5、電路來說輸入電流較大。由于雙管H橋整流電路在任何工作模式電路中都只有兩個(gè)半導(dǎo)體器件導(dǎo)通工作，可以減少導(dǎo)通損耗提高傳輸效率。同時(shí)由于電路所需器件較少，電路的體積也可以減少。所以主電路拓?fù)溥x擇導(dǎo)通損耗較小的雙管H橋整流電路?，F(xiàn)在通過額外添加了一個(gè)電容和一個(gè)電感，在Boost電路上也實(shí)現(xiàn)雙電感無紋波技術(shù)，使得Boost電路也能實(shí)現(xiàn)輸入電流無紋波。 本論文第三章對單相功率因數(shù)校正前置電路拓?fù)溥M(jìn)行了研究和改進(jìn)，提出了無紋波雙管H橋整流電路

6、。此電路去掉了EMC濾波器與PFC級間的整流橋，減少了電路的導(dǎo)通損耗，同時(shí)將耦合雙電感技術(shù)應(yīng)用于雙管H橋整流電路，通過添加耦合電感和濾波電容在雙管H橋整流電路上實(shí)現(xiàn)輸入電流無紋波技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了此電路的可行性和有效性，實(shí)現(xiàn)了3kW等級的高功率因數(shù)低諧波單相PFC電路，基本實(shí)現(xiàn)輸入電流無紋波。 (3)空間矢量簡化算法在三相PWM電壓型整流器中的應(yīng)用 在中大功率應(yīng)用場合，選用三相六開關(guān)電壓型拓?fù)?，采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，系統(tǒng)

7、可以獲得優(yōu)良的性能指標(biāo)。該電路拓?fù)渚哂心芰侩p向流動(dòng)的特性，對需要能量回饋的場合是很有意義的。所以，總的說來PWM整流器采用六開關(guān)Boost結(jié)構(gòu)應(yīng)是一種趨勢。 將傳統(tǒng)的電流控制策略加以改進(jìn)，結(jié)合他們的優(yōu)點(diǎn)，并與空間矢量調(diào)制技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字化控制策略是PWM整流器控制策略發(fā)展的方向之一。以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的數(shù)字化電流控制策略也是一個(gè)發(fā)展方向。近年來許多三相PWM整流器的控制都采用了DSP控制，這代表了一個(gè)趨勢，預(yù)計(jì)今后數(shù)字化控制將

8、逐漸取代模擬控制，將占據(jù)在控制技術(shù)方面研究和開發(fā)的主導(dǎo)地位。 本文第四章提出了應(yīng)用于三相六開關(guān)Boost型PWM整流器的空間矢量簡化算法，避免了常規(guī)空間矢量控制方法復(fù)雜的反正切函數(shù)、正弦函數(shù)和平方根運(yùn)算。該方法根據(jù)兩相笛卡兒坐標(biāo)系上的電壓空間矢量，直接確定電壓空間矢量所在扇區(qū)，計(jì)算合成參考電壓矢量的電壓空間矢量在各個(gè)扇區(qū)內(nèi)的作用時(shí)間，從而得出當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)及控制占空比。避免了傳統(tǒng)控制策略中關(guān)于反正切正弦查表等繁雜工作，簡化了運(yùn)算