基于数字控制的120W级联型BUCK-BOOST功率因数校正变换器设计

摘要

功率因数校正技术（Power Factor Correction，PFC）是抑制电力电子设备谐波污染、提高电网能量转换效率的有效方法。传统的Boost型PFC输出电压为近400V高压，对于需要中低压输入的后级变换器而言，不是最佳的输出电压。Buck型PFC又只能输出90V以下低压，且由于其电流存在死区时间，功率因数值（Power Factor，PF）往往较低。为此本文基于级联型Buck-Boost PFC展开研究，可实现中低压输出，为后级电源设计提供便利，同时取得较高的功率因数校正性能。 本论文研究了级联型Buck-Boost PFC变换器的工作原理，并提出了轻载工作时，功率因数校正性能的优化控制方案。首先，基于状态空间平均变量法，完成功率级的数学建模，得到功率级传递函数。其次，基于所推导的的功率级传递函数完成数字补偿模块的参数确定。然后，利用Matlab搭建系统架构并完成基本功能的仿真验证。在此基础上，结合仿真波形分析了高压轻载时功率因数降低的原因并采用跳周期控制策略优化轻载时的功率因数校正性能。最后，搭建测试样机并完成所有控制算法的测试。 实测结果表明：在全输入（90Vac~264Vac），全负载范围（5W-120W）内，测试样机可以稳定工作。满载（120W）工作时，PF值不低于0.99,且峰值PF值为0.993。轻载（5W为例）工作时，PF值为0.9433。实测的峰值效率为93.20%，轻载（5W为例）时的效率为85.06%。以上测试结果均达到了设计指标的要求。

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