基于预测电流控制的数字功率因数校正的研究

摘要

目前，电力电子技术的迅猛发展带动了电力电子装置的广泛应用。然而电力电子装置中存在着许多非线性元件，这些元件会导致输入电流畸变产生电流谐波，引起严重的电网污染。功率因数校正技术是抑制电流谐波和无功功率的有效方法，且多用于AC-DC变换器中。随着集成电路与数字控制芯片的发展，数字化的功率因数校正已成为电力电子领域研究的热点话题。
　　基于目前功率因数校正控制效果差、动态响应慢、运算量大等问题，本课题着力于一种高性能数字控制的功率因数校正的研究。该功率因数校正系统由两级电路构成:前级电路采用Boost PFC拓扑，其控制方法采用预测电流控制法，本文通过Saber软件对该算法进行了仿真，并与目前最常用的平均电流双闭环控制方法进行了对比，仿真结果表明:该算法对输入电流的控制效果好，输入电流能较好且快速地跟踪输入电压，能有效提高变换器的功率因数和动态响应速度，减小输入电流的THD值。后级电路采用交错并联双管正激（ITTF）变换器，通过分析电路参数，设计了补偿网络来满足系统静态与动态特性的要求。
　　最后，在理论分析的基础上设计了一套实验样机，前级电路为280W的Boost PFC样机，采用STM32F103RCT6数字控制芯片实现数字控制，后级为250W的ITTF样机，采用TL494实现模拟控制。对实验样机进行实测，通过测得的实验结果进一步验证了本文所采用的控制方案的有效性与可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的目的和意义

1．2 功率因素校正的简介

1．2．1 功率因数的定义

1．2．2 功率因数校正的的发展现状及趋势

1．3 数字PFC的特点

1．4 本文的主要工作内容

第二章 数字PFC控制算法的研究

2．1 预测电流控制算法

2．1．1 预测电流控制算法的推导

2．1．2 预测电流控制算法和平均电流控制法的对比

2．2 Saber仿真分析

2．2．1 预测电流控制算法仿真

2．2．2 平均电流控制算法仿真

2．2．3 仿真结果分析

2．3 本章小结

第三章 系统硬件电路设计

3．1 Boost PFC变换器硬件设计

3．1．1 Boost PFC变换器设计指标

3．1．2 BoostPFC变换器输出电感L的选择

3．1．3 整流桥的选取

3．1．4 功率开关管和输出二极管的选型

3．1．5 输出电容选择

3．1．6 输入输出电压、输入电流采样电路设计

3．1．7 驱动电路设计

3．2 交错并联双管正激变换器硬件设计

3．2．1 交错并联双管正激变换器主变压器的设计

3．2．2 交错并联双管正激变换器输出电感的设计

3．2．3 交错并联双管正激变换器输出电容的选择

3．2．4 交错并联双管正激变换器主要元器件的选型

3．2．5 交错并联双管正激变换器驱动电路的设计

3．2．6 交错并联双管正激变换器控制器的设计

3．3 辅助电源设计

3．4 数字控制芯片的选型及最小系统的设计

3．4．1 控制芯片的选型

3．4．2 电源供电电路的设计

3．4．3 晶振电路的设计

3．4．4 系统复位电路的设计

3．5 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 STM32软件开发环境简介

4．2 STM32软件程序设计

4．2．1 PWM输出信号的产生

4．2．2 中断程序的设计

4．2．3 电路软启动设计

4．3 本章小结

第五章 实验结果分析

5．1 实验结果

5．1．1 前级Boost PFC换器实验波形

5．1．2 交错并联双管正激变换器实验波形

5．1．3 辅助电源输出电压波形

5．2 试验样机图及电路原理图

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况