三相单级桥式有源功率因数校正技术研究

摘要

电力电子装置的广泛应用，给公用电网造成严重污染。传统的整流装置大都采用二极管整流或相控整流，这些电路存在交流侧波形畸变严重、谐波污染大、功率因数低等缺点，对电网污染较大。有源功率因数校正技术(PFC)作为一种有效的谐波抑制方法，得到了广泛而深入地研究与应用。三相单级有源功率因数校正技术具有结构简单，成本低廉，效率高等特点，因此三相单级有源功率因数校正技术应用前景广泛。
　　本文在分析目前国内常见的三相单级PFC结构的基础上，结合升压式变换器工作原理，提出了一种新型桥式结构，该结构使用两个全桥串联，降低了开关管的电压应力，利用箝位电路吸收变压器漏感在电路换流过程中产生的电压尖峰。使用一级电路结构完成功率因数校正及DC/DC变换，同时利用高频变压器实现交流输入侧与直流输出侧的电气隔离。通过使用软开关技术，该变换器中的所有开关管都能够实现软开关，有利于提高系统的效率。
　　本文介绍了变换器实现功率因数校正的基本原理，对其工作模态进行了分析，确定了软开关的实现方法及实现条件。该变换器要求输入电感电流工作在断续模式(DCM)，通过对输入电流进行详细的分析，得出了电感电流工作于断续模式的条件，并提出了设计输入电感的方法。针对输入电流中含有大量的高频谐波，设计了适合于功率因数校正变换器的输入滤波器。
　　在理论分析及仿真分析的基础上，设计了实验电路，验证了理论分析和设计思想的正确性。由实验结果可知，该变换器具有较高的功率因数，功率开关管能够实现软开关，各项性能指标达到了设计要求。由此可知，该变换器有着广阔的发展前景。

目录

三相单级桥式有源功率因数校正技术研究

RESEARCH ON THREE-PHASE SINGLE-STAGE FULL-BRIDGE POWER FACTOR CORRECTION TECHNOLOGY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的意义

1.2 三相单级PFC变换器典型拓扑

1.2.1 反激式结构

1.2.2 单相PFC组合的三相PFC结构

1.2.3 三电平结构

1.2.4 全桥结构

1.2.5 其他典型结构

1.3 软开关技术的提出和发展

1.3.1 软开关技术的提出

1.3.2 有源箝位

1.4 主要工作及研究内容

第2章 全桥变换器的工作原理分析

2.1 概述

2.2 变换器主电路结构

2.3 功率因数校正原理分析

2.4 变换器工作模态分析

2.4.1 等效电路及分析假设

2.4.2 工作模态分析

2.5 软开关设计与实现

2.5.1 箝位电路应用

2.5.2 开关管零电压开通

2.6 仿真分析

2.6.1 功率因数校正功能验证

2.6.2 软开关验证

2.7 本章小结

第3章 输入电流分析

3.1 概述

3.2 输入电流分析

3.2.1 输入电感电流瞬时值

3.2.2 输入电感电流平均值分析

3.3 输入电感设计

3.3.1 电感电流断续条件

3.3.2 输入电感电感量选取

3.4 输入滤波器设计

3.4.1 输入电流谐波仿真

3.4.2 输入滤波器设计要求

3.4.3 输入滤波器设计

3.5 本章小结

第4章 辅助电路设计

4.1 控制电路设计

4.1.1 控制信号

4.1.2 时序电路设计

4.2 驱动电路设计

4.3 保护电路设计

4.4 本章小结

第5章 实验分析

5.1 概述

5.2 电路参数设计

5.2.1 变压器变比设计

5.2.2 输出滤波设计

5.2.3 实验参数

5.3 实验分析

5.3.1 软开关验证

5.3.2 功率因数校正功能验证

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢