高功率因数低输出电压纹波二次型Boost PFC变换器研究

摘要

功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)技术可改善电气设备输入电流波形，从而减少电流畸变引起的设备发热、运行噪音，提高设备电能利用率，得到了研究学者广泛的关注。近年来，一些应用场合不仅要求PFC变换器具有较高的功率因数(PowerFactor,PF)，而且对变换器的输出纹波也提出了更高的要求，如移动电源适配器和LED驱动等，因此研究高功率因数低输出纹波PFC变换器具有十分重要的意义。
　　本文研究了二次型Boost功率因数校正变换器，相比于工作于电感电流断续导电模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)的Boost PFC变换器，当输入电感、储能电感均工作于DCM时，二次型DCM-DCM Boost PFC变换器具有更低的输出电压纹波。本文详细分析了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的工作原理，推导了其输出电压纹波及PF值表达式，验证了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器相比于传统DCMBoost PFC变换器的低输出电压纹波特性。
　　然而二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的功率因数低于传统DCM Boost PFC变换器。本文通过分析输入电感L1工作于DCM时变换器的PF值表达式，指出适当增大变换器中间电容电压值可以提高其PF值。同时，本文研究了储能电感取值对中间电容电压及其电压纹波的影响。研究表明，当储能电感L2工作于DCM时，设置合适的电感比值L2/L1可实现更高的功率因数和更低的输出电压纹波。
　　由于通过设置电感比值难以大幅提升变换器PF值，为此，本文详细地分析了变换器的PF值及输入电感电流表达式，提出了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的变占空比控制策略。通过拟合变占空比，简化了实现电路，并推导给出了由拟合占空比所确定的PF值及输出电压纹波表达式。研究表明，在100～240V输入电压范围内，变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的PF值较高，且具有较低的输入电感电流纹波和输出电压纹波，实现了高功率因数与低输出电压纹波特性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 功率因数校正技术概述

1．3 高功率因数低输出纹波PFC变换器的研究意义及现状

1．3．1 传统PFC变换器

1．3．2 两级PFC变换器

1．3．3 整合式单级PFC变换器

1．3．4 高功率因数低输出纹波PFC变换器的小结

1．4 二次型Boost变换器的研究现状

1．5 本文主要研究思路及内容

第2章 二次型Boost PFC变换器的低输出纹波分析

2．1 引言

2．2 工作原理分析

2．2．1 电路拓扑结构

2．2．2 工作模态

2．3 低输出纹波分析及PF值推导

2．4 仿真及实验验证

2．5 总结

第3章 电路参数对二次型Boost PFC变换器的性能影响

3．1 引言

3．2 输入电感工作于DCM的PF值分析

3．2．1 中间电容电压对PF值的影响

3．2．2 中间电容电压的理想取值范围

3．3 储能电感对中间电容电压的影响

3．3．1 储能电感工作于DCM时

3．3．2 储能电感工作于CCM时

3．4 储能电感对中间电容电压纹波的影响

3．4．1 输入功率标幺值

3．4．2 中间电容电压纹波

3．5 仿真及实验验证

3．6 总结

第4章 变占空比控制二次型Boost PFC变换器

4．1 引言

4．2 定占空比控制二次型Boost PFC变换器

4．2．1 定占空比控制时的PF值分析

4．2．2 定占空比控制时的输入电感电流分析

4．3 变占空比控制二次型Boost PFC变换器

4．3．1 单位功率因数的实现

4．3．2 中间电容电压分析

4．3．3 输出电压纹波分析

4．4 变换器性能比较

4．4．1 PF值比较

4．4．2 输入电感电流纹波比较

4．4．3 输出电压纹波比较

4．5 实验结果及分析

4．6 总结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果