基于单周控制的三相VIENNA PFC电路研究与设计

摘要

由电力电子装置产生的大量谐波注入公共电网,不仅影响了供电质量、增加网损,而且严重时还可能造成设备工作异常,甚至损坏。使用功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术把谐波污染控制在较小的范围内已是当务之急。三相 PFC技术在解决电力公害方面起着十分重要的作用,已成为近年来研究的热点。
　　本文概述了三相高功率因数整流器主电路拓扑结构的研究现状。总结了目前常用的三相有源功率因数校正拓扑和控制技术的种类及优缺点。在此基础上对单周控制的三相VIENNA结构功率因数校正进行了研究。首先对单周控制原理进行了研究,讨论了单周控制的基本原理及特点,以单周控制的Buck电路为例对其控制性能进行分析。其次分析了三相三开关三电平(VIENNA)拓扑的工作过程并对该拓扑进行了数学建模。根据以上原理,将单周控制应用于VIENNA结构PFC电路中,并将控制方案选为以电源管理芯片IR1150S为核心的三积分方案。最后探讨了一台2kW的单周控制的三相VIENNA高功率因数整流器的设计过程,其中包括开关管、整流管、输出滤波电容等元器件参数的计算、设定及选型等工作,着重给出了输入电感和驱动变压器等磁性元件的选择依据和设计方法。该控制实现了无需乘法器和输入电压检测装置,并实现恒频的直接电流控制,控制简单,功率开关管少。
　　对样机进行了实验验证,实验结果验证了该电路及控制方式的合理性和可行性,该样机输入电流能够很好的跟踪输入电压,输入功率因数较高,基本在0.96以上。表明了该电路具有较强的实用性和优越性。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题的背景及研究的意义

1.2 本课题的国内外研究动态及发展趋势

1.3 本课题研究内容与研究目标

2 三相PFC电路组成及原理

2.1 谐波与功率因数的概述

2.2 PFC技术的基本原理

2.3 三相PFC常用主拓扑

2.4 三相PFC电路的控制方法

2.5 本章小结

3 单周控制的三相VIENNA PFC电路分析

3.1 单周控制原理

3.2 三相VIENNA结构PFC电路的原理

3.3 单周控制的三相VIENNA PFC电路

3.4 本章小结

4 单周控制的三相VIENNA PFC电路设计

4.1 主电路设计

4.2 控制电路及驱动电路设计

4.3 本章小结

5 三相VIENNA PFC电路实例及实验结果

5.1 技术指标

5.2 样机电路的设计

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

6 结论

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间参与的科研项目

附录B 基于单周控制的三相VIENNA结构PFC设计电路图