单周期控制单相Boost结构有源功率因数校正电路的研究和应用

摘要

随着电力电子设备的普及，在电力系统中产生了大量谐波，严重阻碍了电力电子技术的发展，引起了世界各国的重视。有源功率因数校正（Active Power Factor Correction—APFC）是治理电网谐波的一种行之有效的方法。其中的控制技术是APFC的关键技术之一，单周期控制技术是一种大信号、非线性脉冲宽度调制（Pulse Width Modification—PWM）控制技术，具有结构简单、控制精度高、响应速度快等优点，非常适合用在有源功率因数校正电路中。 本文以单相单周期控制Boost结构有源功率因数校正电路为论述对象，对单相单周期控制Boost结构APFC电路的工作原理进行了详细的理论分析，并结合基于单周期控制理论的实际控制芯片进行了产品设计、电路的仿真和实际样机的测试。主要研究内容如下： 首先，以Buck电路为基础介绍了单周期控制技术的基本工作原理，推导出了单相Boost结构有源功率因数校正的单周期控制方程，并用简单的电路实现了这种控制，此控制技术不再需要乘法器和检测输入电压电路，和以往常规的APFC控制电路相比，电路大大简化。 其次，结合IR公司的单相Boost结构单周期控制APFC控制芯片IR1150，阐述了此芯片实现功率因数校正的原理，详细分析了一款300W有源功率因数变换器产品的参数设计过程，推导出了整个环路的增益方程，给出了幅频特性和相频特性，在兼顾动特性的基础上，保证了环路的稳定性。 第三，对设计电路进行了仿真，对样机进行了测试，获得仿真和测试波形及测试数据，无论是仿真结果还是测试结果，都证明了基于单周期控制的APFC电路能实现很高的功率因数、很低的谐波分量、且电路简单。从而证明了基于单周期控制理论的APFC电路能够很好的治理电网中的谐波，为单周期控制理论在APFC 电路中的推广使用奠定了基础。 最后，对样机制作过程中遇到的噪声问题进行了分析，为了减少噪声耦合，文章对芯片地的走线作了详细分析，保证了此芯片能顺利应用到实际产品中，也为工程技术人员的实际产品设计提供了很好的参考。