单相整流器数字化控制设计与研究

摘要

随着电力电子装置的不断广泛应用，电网谐波以及“无功”污染日益严重，给工业生产与社会生活带来危害。而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，这使得功率因数校正技术成为电力电子领域的一个重要的研究方向。随着集成电路的不断发展以及数字控制技术的不断成熟，高速且廉价的控制芯片大量出现，开关电源向数字化的方向发展，数字控制技术在功率因数校正技术上的应用已经是当前电力电子研究领域的热点。
　　 本文首先介绍了功率因数校正技术的定义、原理、发展方向以及研究意义，分析了PFC电路的控制方式，并详细介绍了几种常用拓扑结构的优缺点。介绍了几种常用PFC拓扑电路后，分析了传统Boost PFC电路的优缺点，并给出了一种新型拓扑结构的具有功率因数校正功能的单相整流器，在重点分析了此电路的工作模式以及相比传统Boost PFC电路的优缺点后，确定使用这种新型拓扑结构电路为主电路，并用仿真软件通过MATLAB/Simulink对主电路构建仿真，仿真结果表明，输出电压稳定，输入电流波形接近正弦，并且其相位跟随输入电压相位，证明了该电路的PFC特性。最后，通过实验样机的设计过程，详细介绍了基于数字信号控制芯片dsPIC33FJ16GS504的单相整流器的数字化设计与研究。在介绍了该款数字信号控制芯片的特点并与单片机相比较后，确定使用该数字信号控制芯片作为实验设计控制芯片。接着详细描述了硬件部分与软件部分的设计。其硬件部分包括主电路、信号采样电路、信号调理电路以及驱动电路的设计；其软件部分包括确定平均电流控制法为本次研究的控制算法，并依据此算法给出了软件实现流程图，详细介绍了基于数字信号控制芯片dsPIC33FJ16GS504的AD模块、PI控制模块以及PWM模块的设计。给出的实验结果表明本次研究设计实现了输入电流为正弦波形并且跟随输入电压的相位，输出电压保持稳定等要求，实现了具有功率因数校正功能的单相整流器数字化控制设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 整流器及其相关技术应用背景

1.2 整流器功率因数校正技术概述

1.2.1 功率因数校正的定义

1.2.2 总谐波畸变的定义

1.3 整流器功率因数校正技术研究的意义

1.4 整流器的发展方向

1.4.1 谐波抑制技术的发展

1.4.2 拓扑结构的发展

1.4.3 软开关技术的发展

1.4.4 控制策略的发展

1.5 论文的主要工作

第2章 单相整流器主电路分析

2.1 常用PFC拓扑电路分析

2.1.1 基于BUCK电路的PFC变换器

2.1.2 基于Buck-Boost电路的PFC变换器

2.1.3 基于Cuk、Sepic和Zeta电路的PFC变换器

2.1.4 基于Flyback的PFC变换器

2.2 单相整流器主电路的选择

2.2.1 传统PFC电路的缺点

2.2.2 新型拓扑单相整流电路

2.2.3 电路的特点

2.3 仿真分析

2.3.1 电路仿真

2.3.2 电路存在的问题

2.4 本章小结

第3章 单相整流器硬件电路设计

3.1 控制芯片的选择

3.1.1 单片机的特点

3.1.2 数字信号控制器的特点

3.2 主电路设计

3.3 驱动及反馈电路设计

3.3.1 PWM驱动电路

3.3.2 数据检测电路

3.3.3 信号滤波电路

3.4 本章小结

第4章 单相整流器的控制软件设计

4.1 数字化功率因数校正的控制算法

4.2 软件设计

4.2.1 AD模块设计

4.2.2 PI模块设计

4.2.3 PWM模块设计

4.3 本章小结

·第5章 单相整流器实验研究

5.1 实验电路

5.2 实验结果

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文