交错关联BCM Boost PFC变换器的研究

摘要

由于电力电子产品的大量使用，所引发的电能质量问题愈发受到关注。为有效改善电能质量，在电力、电源系统中普遍采取功率因数校正(PFC)技术。现阶段，PFC技术的研究热点主要在提升功率密度、增加效率以及扩大功率容量等方面。采纳交错并联技术，即多个支路平均分担功率，能够减小电流纹波，降低电磁干扰，增强散热管理，提升电源的整体功率等级和效率，改善各项性能。
　　论文首先阐述电流谐波污染的成因和危害，引出功率因数校正的意义，说明了功率因数校正电路的分类以及相关的控制方式，接着简介了近年来PFC技术的研究热点。在此基础上，对临界模式(BCM) Boost PFC的工作原理和开关特性进行了分析，得到影响开关导通时间的几个因素。临界模式下的Boost PFC是变频控制，开关频率随输入电压有效值的变化、负载的变化而变化。
　　接着分析了交错并联BCM Boost PFC电路的工作过程，相对于单相，分析了交错并联拓扑结构的优点，分别对输入电流纹波、电感尺寸和输出电流纹波进行了理论分析。深入分析了临界模式下交错并联控制方法，分别对开环主从控制方法、基于锁相环的闭环控制进行了原理分析，并指出各自存在的问题。介绍一种新型的交错并联控制方法，对其工作过程和相位调节过程作了深入分析。针对新型的交错并联控制方法搭建了仿真模型，验证了理论分析，并将新型交错并联控制应用于四相交错并联控制。
　　设计了交错并联BCM Boost PFC功率级主电路的各项参数，采用TI的控制芯片UCC28061制作了300W的实验样机。在不同输入电压、不同功率级别下测试了输入电压、输入电流、电感电流及驱动脉冲的波形，实验表明两支路均工作在BCM状态，不同输入电压时、不同功率等级时，导通时间是不同的，开关频率也是不同的。
　　两相交错并联BCM Boost PFC和传统CCM Boost PFC的实验数据进行了整理分析，绘制出了效率和功率因数PF的变化曲线。根据曲线图，显而易见，两相交错并联BCM Boost PFC的整体效率和功率因数更佳。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 功率因数校正技术的研究背景

1．2 功率因数的定义

1．3 功率因数校正电路分类

1．3．1 无源功率因数校正

1．3．2 有源功率因数校正

1．4 连续导通模式功率因数校正电路

1．4．1 峰值电流控制

1．4．2 平均电流控制

1．4．3 滞环电流控制

1．5 不连续导通模式功率因数校正电路

1．5．1 电压跟随控制法

1．6 功率因数校正技术的发展方向

1．7 论文的研究意义和主要内容

1．7．1 研究意义

1．7．2 主要内容

第2章 临界模式Boost PFC电路

2．1 临界模式下的Boost PFC电路工作原理

2．2 临界模式下Boost PFC的开关特性

2．2．1 稳态分析

2．2．2 开关频率的变化特性

2．3 临界模式下Boost PFC的两种控制方式

2．4 本章小结

第3章 交错并联的工作特性和控制方法

3．1 交错并联工作原理

3．2 交错并联工作特性

3．2．1 减小输入电流纹波

3．2．2 减小电感磁芯尺寸

3．2．3 减小输出电容纹波电流

3．3 交错并联控制方法

3．3．1 开环主从控制

3．3．2 基于PLL的闭环控制

3．3．3 新型交错控制方法及稳态分析

3．3．4 新型交错控制方法的仿真

3．3．5 四相交错并联

3．4 本章小结

第4章 交错并联BCM Boost PFC的设计

4．1 主电路参数的设计

4．1．1 升压电感的设计

4．1．2 开关管和二极管的选取

4．1．3 输出电容的选择

4．2 控制电路参数设计

4．2．1 控制IC UCC28061简介

4．2．2 零电流检测电路设计

4．2．3 输入电压检测

4．2．4 输出电压检测

4．2．5 过流保护

4．2．6 导通时间与切换频率

4．2．7 电压环补偿

4．3 本章小结

第5章 实验结果与分析

5．1 传统CCM实验波形

5．2 交错并联BCM Boost PFC实验波形

5．3 两者之间比较与分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文