交错并联+Boost+PFC+电路研究.pdf
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论文题目:
交错并联BoostPFC电路研究工程领域:
电子与通信工程硕士生:
张龙阁(签名)指导教师:
刘树林(签名)摘要由于电力电子装置的广泛应用,所引起的电能质量问题受到普遍关注。
为此,在电力电子装置中采用功率因数校正(PFC)技术,有效改善其对电能质量的影响一直是业界的研究热点之一。
目前,有关PFC技术的研究主要集中在提高功率密度、提高效率以及减小体积等方面。
交错并联技术通过多个变换器并联来实现功率分担,可有效降低单个变换器的功率要求,提升电源的整体功率等级;同时由于相互并联的各变换器之间的交错运行,也可有效改善电源的各项性能。
本文首先介绍了功率因数校正技术的研究背景与发展现状进行,并对功率因数校正电路的拓扑、工作模式以及控制方法进行了深入分析。
在传统单相BoostPFC电路的基础上,提出了交错并联BoostPFC电路,对其工作原理及电路特性进行了分析。
另外对支路参数失配情况下,电路性能的变化进行了研究与仿真,为后续电路设计提供了参考依据。
最后,研制了基于UC3854的交错并联BoostPFC电路样机,采用平均电流控制模式,通过分频电路与驱动电路实现交错控制。
设计了主电路、控制电路等的关键元件参数,利用Saber软件搭建了系统闭环仿真平台,通过软件仿真及样机实验验证了理论分析的正确性以及系统设计的可行性,证明该电路具有良好的功率因数校正效果。
关键词:
功率因数校正;Boost变换器;交错并联;电流连续模式研究类型:
应用研究Subject:
ResearchonInterleavedBoostPowerFactorCorrectionConverterSpecialty:
ElectronicsandCommunicationEngineeringName:
ZhangLongge(Signature)Instructor:
LiuShulin(Signature)ABSTRACTDuetothewideapplicationofpowerelectronicdevices,powerqualityproblemshavecausedwidespreadconcern.Thus,oneofthehotspotsintheresearchfieldstoimprovetheimpactonpowerqualityeffectivelyisusingthepowerfactorcorrection(PFC)technologyinpowerelectronicdevices.Thecurrentlyresearchofpowerfactorcorrectiontechnologyfocusedonimprovingthepowerdensityandtheefficiencyandreducingthevolume.Interleavingparalleltechnologycanachievepowersharingthroughmultipleconvertersinparallel.Usingthistechnologycanreducetheindividualpowerrequirementsoftheconvertereffectively,andenhancetheoverallpowerratingofthepowersupply.Duetotheinterleavedoperationofeachparallelconverter,thistechnologycanalsoimprovetheperformanceofthepowersupplyeffectively.Thispaperfirstlyintroducestheresearchbackgroundandthedevelopmentstatusofpowerfactorcorrectiontechnology.Andthen,itanalyzesthetopology,theoperationmodesandthecontrolmethodsofthePFCcircuit.Basedonthetraditionalsingle-phaseBoostPFCcircuit,thepaperadvancestheinterleavedBoostPFCandanalysesitsworkingprincipleandcharacteristics.Inaddition,thepaperresearchsandsimulatesthechangesofthecircuitperformancewhencircuitparametersunmatchandprovidesthereferencebasisforsubsequentcircuitdesign.Finally,thepaperdevelopsanexperimentalprototypeoftheinterleavedBoostPFCwhichbasedonUC3854.Itscontrolstrategyisaveragecurrentcontrol,theinterleavingcontrolisachievedbyfrequencydivisioncircuitanddrivecircuit.Thepapergivesthedetailedparameterdesignofthemaincircuitandcontrolcircuit,andusestheSabersoftwaretosetupaclosedloopsystemsimulationplatform.Softwaresimulationandprototypeexperimentverifythevalidityofthetheoreticalanalysisandthefeasibilityofthesystemdesign,provethatthispowerfactorcorrectioncircuithasgoodcorrectioneffect.Keywords:
PowerFactorCorrection;BoostConverter;Interleaved;ContinueCurrentModeThesis:
ApplicationResearch目录I目录1绪论.11.1功率因数校正技术的研究背景.11.2功率因数校正技术的发展.31.2.1无源PFC技术.31.2.2有源PFC技术.51.2.3PFC技术的发展方向.71.3本文的研究意义和主要内容.81.3.1本文的研究意义.81.3.2本文的主要内容.92功率因数校正电路.102.1功率因数的定义.102.2PFC拓扑与电路工作模式.112.3PFC电路的控制方法.122.3.1CCM控制方法.122.3.2DCM控制方法.162.4BoostPFC电路工作原理与特性分析.162.4.1BoostPFC电路工作原理.172.4.2BoostPFC电路特性分析.182.5本章小结.193交错并联BoostPFC电路分析.203.1交错并联PFC电路.203.1.1交错并联技术.203.1.2交错并联PFC电路.213.2交错并联BoostPFC电路工作原理与特性分析.243.2.1交错并联BoostPFC电路工作原理.243.2.2交错并联BoostPFC电路特性分析.273.3交错并联BoostPFC电路的优势.293.3.1减小输入电流纹波.293.3.2减小电感磁芯尺寸.313.3.3减小输出电容电流有效值.313.4支路参数失配对电路性能的影响.32西安科技大学全日制工程硕士学位论文II3.4.1电感量失配对电路性能的影响.323.4.2占空比失配对电路性能的影响.353.5本章小结.364系统参数设计.374.1设计指标.374.2总体设计方案.374.3主电路设计.384.3.1开关频率选择.384.3.2电感设计.394.3.3输出电容设计.424.3.4功率器件选择.434.3.5EMI滤波器选择.444.4控制电路设计.454.4.1控制芯片UC3854介绍.454.4.2控制电路参数设计.474.4.3分频电路设计.524.4.4驱动电路设计.534.5辅助电源设计.544.6本章小结.555仿真研究与实验分析.565.1系统仿真研究.565.1.1传统BoostPFC电路仿真.565.1.2交错并联BoostPFC电路仿真.585.2系统实验分析.605.2.1传统BoostPFC电路实验.605.2.2交错并联BoostPFC电路实验.625.2.3实验数据对比与分析.645.3本章小结.676总结与展望.686.1总结.686.2展望.68致谢.70参考文献.71附录A攻读硕士学位期间发表的论文.74目录III附录B交错并联BoostPFC电路图.751绪论11绪论近年来,随着电力电子技术的飞速发展,开关电源作为重要的电力电子装置在电力系统、工业、交通以及家庭等领域被广泛应用。
目前,开关电源在电源领域中占据了主导地位,作为电源装置,其主要为通信设备、计算机和各类家用电子设备等提供直流电源,并且具有体积小、重量轻、效率高、功率密度大等诸多优点。
然而,由于电力电子装置的大规模应用,由此产生的电网侧谐波污染以及输入功率因数降低等问题也日趋严重。
因此,如何消除开关电源等电力电子装置的谐波污染,并提高其功率因数,已成为电力电子技术的一项重大课题,是目前国内外争相研究的热点1-2。
1.1功率因数校正技术的研究背景传统的开关电源一般都是直接通过整流器与电网连接,并使用大容量滤波电容器,由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用,使其在电网中产生大量的电流谐波,造成公用电网的严重污染。
谐波的主要危害有3:
(1)谐波电流在输电线路阻抗上所产生的压降会使电网电压产生畸变,影响供电质量。
(2)谐波会使电网电路中的损耗增加。
(3)谐波电流会造成输电线路的故障,影响电气设备的正常工作。
(4)谐波会对通信线路和雷达设备等造成干扰。
(5)谐波会引起同一系统中的继电保护装置的误动作,会使常规测量仪表产生谐波误差。
开关电源等电力电子装置不仅会对电网造成严重的谐波污染,而且对装置自身也会产生诸多不利的影响,主要包括:
(1)导致输入功率因数下降,电能利用率降低。
(2)电路中过高的脉冲电流尖峰会严重危害直流侧的滤波电容。
(3)导致整流二极管正向导通压降增加、功耗增加。
(4)会使输入侧的电磁干扰(EMI)滤波元件承受过高的峰值电流脉冲,对器件的指标要求相对较高。
电流谐波与畸变及由此产生的网侧电压波形畸变会给系统本身和周围环境带来一系列的危害。
由于电流谐波会造成输电线路和配电变压器过热,易引起电网谐振,或者会引起高压电容因过流或过热而
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- 关 键 词:
- 交错 并联 Boost PFC 电路 研究