基于单周期控制的整流电源功率因数校正研究

摘要

进入二十一世纪以来，电力电子行业得到了突飞猛进的发展，许多非线性负载电力电子设备不断面世并在各个领域得到运用。然而此类设备在实际工作时往往会形成大量的谐波，谐波的出现会致使设备的工作效率降低，同时会破坏电力系统的可靠性。因此，经过探索，发现功率因素校正（Power Factor Correction，PFC）能巧妙和有效地处理谐波。所以，现今电力电子学术界便形成了功率因数校正这一研究热潮。
　　对于单周期控制，其本质上为一种新型非线性大信号PWM控制技术。当输入电压或者负载两者之一变化非常迅捷时，可以在单个周期内进行控制，从而达到预期目标。同传统的功率因数校正方式相比较，此控制技术能减少一个乘法器，但兼具调制以及控制两种功能。此技术最大的特征便是不管是处于稳定还是扰动的状态下，均可以让控制量的均值同参考基值呈正相关性。除此之外，该技术还具备如下优势：其一，动态响应速度快；其二，开关频率保持恒定；其三，抗干扰性性能优异且较易达成。最近几年，基于其多方面技术优势，此控制技术开始在PFC技术领域运用得越来越多。
　　本文研究将单周期控制方法作为理论支撑，并在其中运用Boost PFC整流变换器以达到功率因数校正的目的。起初，先介绍当下功率因数校正发展状况和主要的控制策略。然后，分析单周期控制在有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）中的适用性和稳定性，论述Boost PFC整流变换器的运行机理。其次，参照其工作机理完成基本参数设定。再次，再运用软件仿真以及实际样机实验分析的方式对单周期控制技术运用在APFC中是否能够实现对控制目标取得良好效果进行检验。
　　本文通过对所设计系统的仿真和实验样机测试结果的分析，结果表明系统功率因数可以达到0.99以上，在系统满载情况下，在设计规格要求的输入电压变化区间可以在比较短的时间内完成输出调节并保持稳定，证明了所设计系统方案的可靠性。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1选题背景及意义

§1.2谐波和功率因数的定义

§1.3功率因数校正的发展现状

§1.4本文主要研究内容及论文结构

第二章 功率因数校正系统的控制方法

§2.1典型的功率因数校正控制策略

§2.2新型的功率因数校正控制策略

§2.3本章小结

第三章 单周期控制技术

§3.1单周期控制技术的基本原理

§3.2单周期控制技术拓展

§3.3恒定开关频率的单周期控制

§3.4单周期控制的APFC理论

§3.5单周期控制在Boost电路中的分析

§3.6本章小结

第四章 单周期控制APFC控制芯片和硬件电路设计

§4.1 IR1150芯片介绍

§4.2单周期控制APFC整流变换器硬件电路设计

§4.6本章小结

第五章 系统电路的仿真和实际样机的测试分析

§5.1系统的软件仿真

§5.2实验样机的测试结果

§5.3本章小结

第六章 总结与展望

§6.1总结

§6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果