高性能AC-DC变换器简易控制方法研究与实现

摘要

电能的高效利用和低谐波污染越来越受到各国的重视。AC-DC开关功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）预调整器可实现电能变换的高功率因数、低总谐波含量，因此一直是电力电子领域的研究热点。 本文旨在提出用于单相AC-DC预调整器的简易控制技术，从而可提供一种易于实现的低成本控制芯片解决方案。文中首先对应用于单相低功率的AC-DC预调整器进行回顾，研究近年来提出的用于PFC的简易控制技术和分析方法，分析其在应用领域中的优缺点，并对业界常用的控制芯片进行了分析和归纳。 在此研究的基础上，第二部分提出一种无电压检测的控制技术--线性斜率跟随器。该方法从AC-DC预调整器的工作特点出发，以只检测电感电流实现功率因数校正和输出电压调整的控制目标，其优点是节省了输入及输出电压传感元件，减少了传感引入的干扰，简化了电路实现，易于集成和用芯片实现。文中分析了其工作原理、大信号特性、稳定性和控制误差的来源，为设计提供了指导； 第三部分，以线性斜率跟随器方法与预测无差拍控制技术结合，实现一种新的用DSP实现的数字功率因数校正嵌入式技术。此方法可进一步节约DSP资源，通过优化算法，提高了效率和控制精度。实验结果验证了其可行性。 第四部分给出了控制芯片中几个关键问题的研究和实现，用5V-CMOS工艺设计了30V的高压器件，作为控制芯片输入和输出接口电路的电平转换器件，并以此设计了电源调节器及功率开关的智能保护系统，分析了实验结果。以上电路可应用于任何开关变换器的控制芯片中。 最后，讨论了AC-DC变换器的发展趋势以及分析了论文中还需进一步提高的工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2高性能开关AC-DC变换器研究背景

1.2.1应用背景介绍

1.2.2电力电子学的发展为高性能电源的创新提供了广泛的空间

1.2.3对于AC-DC变换器研究的意义与实际应用价值

1.3开关AC-DC变换器文献综述

1.3.1拓扑结构

1.3.2控制方法及相应控制芯片

1.3.3高压器件及新的集成技术

1.4本文研究的主要内容

第2章 用于单相功率因数校正器的简易控制方法研究

2.1电源谐波标准简介

2.1.1 谐波危害以及制定谐波标准的目的

2.1.2 国内外谐波标准简介

2.2单相功率因数校正器的简易控制方法分析

2.2.1单相功率因数校正器控制方法现状

2.2.2几种简易控制技术分析

2.2.3控制器中常用IC

2.3 AC-DC变换器中影响THD的因素分析

2.4输出纹波电压的理论分析

2.5本章小结

第3章 一种新的简易功率因数校正控制技术——斜率跟随器

3.1引言

3.2斜率跟随器方法工作原理和系统分析

3.2.1斜率跟随器方法的基本思想

3.2.2采用斜率跟随器方法的新型PFC控制器

3.3斜率跟随器方法的应用和电路实现

3.3.1一种实用的用于Boost型PFC的LRF控制器

3.3.2应用LRF方法的回扫式开关电源高功率因数芯片解决方案

3.4本章小结

第4章简易的数字功率因数校正实现方法

4.1数字功率因数(DPFC)控制方法研究现状

4.2预测无差拍控制在数字功率因数校正中的应用

4.2.1 DPFC中PDB技术的工作原理

4.2.2线性外推方法工作原理

4.3斜率跟随器在数字功率因数校正中的应用

4.3.1一种新的DPFC控制策略

4.3.2双周期振荡问题以及调制方法的选择

4.3.3 DPFC控制器的设计与实现

4.3.4模拟结果

4.4 DSP实验结果分析

4.4.1 DSP实验平台

4.4.2实验结果分析

4.5本章小结

第5章控制芯片中关键模块的设计与实现

5.1高压控制芯片的工艺介绍

5.2标准低压CMOS工艺与高压LDMOS

5.2.1 标准低压CMOS工艺简介

5.2.2 30VHVMOS的设计与模拟结果

5.2.3版图设计以及流片测试结果

5.3电源调节器设计

5.3.1电压调整器的选择和设计考虑

5.3.2线性电压调整器工作原理以及模拟结果

5.3.3讨论及版图设计

5.3.4高压驱动电路的设计考虑和小结

5.4高压集成电路中的智能保护电路

5.4.1高压电路中输出功率MOSFET的电流检测方法

5.4.2一种通用的智能过流保护电路

5.5结论

第6章 结论

6.1论文的工作总结和主要贡献

6.1.1单相AC-DC变换器的研究现状总结

6.1.2一种新的无电压检测的控制技术——线性斜率跟随器

6.1.3用DSP实现的数字功率因数校正技术

6.1.4标准CMOS低压工艺实现30V高压器件

6.1.5一种应用于线性电源转换的电路结构

6.2未来展望

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果