Boost-PFC電路拓撲和控制算法的研究.pdf

1、PFC技術是電力電子技術的重要組成部分，已經(jīng)在越來越多的領域得到應用。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，實現(xiàn)能量的雙向傳輸，是實現(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)校正器的拓撲分類和PWM整流器的控制策略進行了比較詳細的綜述介紹和比較深入的研究。具體所作的幾個方面的研究目的和工作內(nèi)容如下： (1)提出了一種關于單相Boost功率因數(shù)校正器數(shù)字控制的簡化

2、算法 隨著數(shù)字控制技術的不斷發(fā)展，其在功率因數(shù)校正技術領域的應用越來越廣。相對模擬控制，數(shù)字控制的優(yōu)點：沒有模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，簡化硬件電路，控制靈活且易實現(xiàn)先進控制等，使得所設計的電源產(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今開關電源產(chǎn)品設計的潮流。 但是，數(shù)字控制同時也存在很多問題，其中最主要的就是數(shù)字化運算速度與開關頻率之間制約的問題，使得現(xiàn)有控制算法很難完全實

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

4、輸入電流控制的影響。實驗結果驗證了此改進算法的有效性，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DSP(執(zhí)行速度40MIPS)即可以實現(xiàn)對開關工作頻率100kHz的單相PFC的數(shù)字控制，實現(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 本實驗擬設計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半導體器件導通工作，可以減少導通損耗提高傳輸效率。同時由于電路所需器件較少，電路的體積也可以減少。所以主電路拓撲選擇導通損耗較小的雙管H橋整流電路。現(xiàn)在通過額外添加了一個電容和一個電感，在Boost電路上也實現(xiàn)雙電感無紋波技術，使得Boost電路也能實現(xiàn)輸入電流無紋波。 本論文第三章對單相功率因數(shù)校正前置電路拓撲進行了研究和改進，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，減少了電路的導通損耗，同時將耦合雙電感技術應用于雙管H橋整流電路，通過添加耦合電感和濾波電容在雙管H橋整流電路上實現(xiàn)輸入電流無紋波技術。實驗結果驗證了此電路的可行性和有效性，實現(xiàn)了3kW等級的高功率因數(shù)低諧波單相PFC電路，基本實現(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用 在中大功率應用場合，選用三相六開關電壓型拓撲，采用適當?shù)目刂撇呗?，系統(tǒng)

7、可以獲得優(yōu)良的性能指標。該電路拓撲具有能量雙向流動的特性，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Boost結構應是一種趨勢。 將傳統(tǒng)的電流控制策略加以改進，結合他們的優(yōu)點，并與空間矢量調制技術相結合的數(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)代控制理論為基礎的數(shù)字化電流控制策略也是一個發(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，這代表了一個趨勢，預計今后數(shù)字化控制將

8、逐漸取代模擬控制，將占據(jù)在控制技術方面研究和開發(fā)的主導地位。 本文第四章提出了應用于三相六開關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雜的反正切函數(shù)、正弦函數(shù)和平方根運算。該方法根據(jù)兩相笛卡兒坐標系上的電壓空間矢量，直接確定電壓空間矢量所在扇區(qū)，計算合成參考電壓矢量的電壓空間矢量在各個扇區(qū)內(nèi)的作用時間，從而得出當前的開關狀態(tài)及控制占空比。避免了傳統(tǒng)控制策略中關于反正切正弦查表等繁雜工作，簡化了運算