双耦合绕组反激式单级功率因数校正变换器研究

摘要

为了减小对交流电网的谐波污染，开关电源中必须加入功率因数校正(Power Factor Correction)以使其输入电流谐波满足相应的标准(如IEC1000-3-2)。近年来，功率因数校正技术受到了高度的重视，已成为电力电子技术的一个重要研究方向。 在中小功率场合，对于具有电路结构简单、控制容易、体积小和成本低等优点的单级功率因数校正变换器的需要越来越紧迫。本文深入研究了一种新颖的单级功率因数校正变换器。 首先，提出了一种新颖的双耦合绕组反激式单级：PFC变换拓扑，它由 Boost PFC电路和具有双耦合绕组的反激变换电路组合而成，中间储能环节由两个电容构成，主要以串联形式存储Boost电感传输的能量，并且以并联形式分别给反激变压器的两个初级绕组供电，此外，还用于吸收变压器两个初级绕组的漏感能量，箝位功率开关两端电压。 然后，通过加入并联的功率传输单元和直流母线电压反馈绕组，分别提出了并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换器和带直流母线电压负反馈的双耦合绕组反激式单级PFC变换器。本文详细分析了三种变换器的工作原理和稳态特性，讨论了变换器的参数设计和器件的选取，并针对此类单级PFC变换器的特点提出了一种简单的电压补偿控制方法，以提高变换器的功率因数和抑制输入电流总谐波畸变率。 最后，针对三种提出的电路拓扑，设计制作了三台150W/24V实验样机，并进行了实验研究，且对比分析了三种变换拓扑的测试结果。实验结果验证了理论分析的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2功率因数校正(PFC)技术研究的背景

1.3功率因数校正技术

1.3.1功率因数(PF)和总谐波畸变(THD)的定义

1.3.2功率因数校正技术的发展

1.3.3功率因数校正技术的基本分类

1.3.4功率因数校正技术的发展方向

1.4本文的研究意义及主要研究内容

1.4.1本文的研究意义

1.4.2本文研究的主要内容

第2章双耦合绕组反激式单级PFC变换器

2.1引言

2.2主电路拓扑结构和工作原理

2.2.1主电路拓扑结构

2.2.2 工作原理

2.3变换器的稳态特性

2.3.1最大占空比Dmax

2.3.2变换器输出输入关系和中间储能电容电压

2.3.3功率开关器件的电压、电流应力

2.4变换器的设计

2.4.1变换器设计指标

2.4.2变换器参数设计过程

2.4.3变换器的控制方式

2.5本章小结

第3章并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换器

3.1引言

3.2主电路拓扑结构和工作原理

3.2.1主电路拓扑结构

3.2.2工作原理

3.3变换器的稳态特性

3.3.1两种工作模式的分界点

3.3.2最大占空比Dmax

3.3.3中间储能电容电压

3.3.4变压器T1匝比n1

3.3.5变压器漏感对变换器的影响

3.3.6变换器的特点分析

3.4变换器的参数设计

3.4.1变换器设计指标

3.4.2变换器参数设计过程

3.4.3变换器的控制方式

3.5本章小结

第4章具有电压负反馈绕组的双耦合绕组反激式单级PFC变换器

4.1引言

4.2主电路拓扑结构和工作原理

4.2.1主电路拓扑结构

4.2.2工作原理

4.3变换器的稳态特性

4.3.1两种工作模式的分界点

4.3.2最大占空比Dmax

4.3.3功率传递分析

4.3.4变换器的特点分析

4.4变换器的参数设计

4.4.1变换器设计指标

4.4.2变换器参数设计过程

4.4.3变换器控制方式

4.5本章小结

第5章仿真与实验研究

5.1引言

5.2仿真软件PSPICE的简介

5.3仿真研究与实验结果分析

5.3.1基本型变换器研究

5.3.2并联型变换器研究

5.3.3反馈型变换器研究

5.3.4实验结果对比分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介