新型单级PFC变换器及输出电压二次谐波消减控制策略

摘要

电力电子装置需要用到功率因数校正（PFC）技术来解决谐波污染的问题。有源功率因数校正（APFC）变换器电路，即使在功率因数校正的效果是理想的情况下，使得输入电流为与输入电压同相的正弦电流，输入的瞬时功率仍然带有幅值为平均功率的二倍工频谐波成分，即频率为输入交流正弦电压频率的两倍，因此被称为功率二次谐波。根据这种状况，本文研究的主要目的在于寻找不需要另外在功率级主电路增加任何元件，而能够有效消减输出电压的二次谐波成分的控制策略。　　本文第一章，介绍了研究背景，引入了本文的研究目的，阐述了研究现状和本文主要研究内容。第二章，对电感电流连续模式的升压型功率因数校正变换器、无桥式升压型功率因数校正变换器、可控全桥功率因数校正变换器以及丘克型功率因数校正变换器的主电路的工作状态和特性进行了分析，并进行仿真，主要观察二次谐波成分对输出电压的影响。　　第三章，提出了一种新型单级功率因校正变换器，能够拥有高功率因数和高变换效率，仅需三个可控MOS开关，都为源极共地制作驱动电路时不需要额外的接地隔离。接着，提出了一个近似的二次谐波等效电路模型，它在其他文献上，还没有被提出。　　第四章，利用本文所推导的各元件二次谐波关系式和等效电路模型，进行分析并提出了一种消减输出电压二次谐波成分的控制策略。根据本文理论和分析的结果，设计了新型功率因数校正变换器的滤波储能元件参数。对比仿真未加入二次谐波控制策略和加入二次谐波控制策略的闭环控制架构，验证了所提出的二次谐波控制策略的可行性，仿真结果得到二次谐波控制策略可以消减输出电压二次谐波成分达90%以上，同时输入端的功率因数可以维持在0.99以上。

目录

1 绪论

1.1研究背景及目的

1.2研究现状

1.3本文的主要内容

2 有源功率因数校正变换器分析

2.1引言

2.2升压型功率因数校正变换器分析

2.2.1工作原理及电路特性分析

2.2.2输出电压二次谐波成分的仿真分析

2.3无桥式升压型功率因数校正变换器分析

2.3.1工作原理及电路特性分析

2.3.2输出电压二次谐波成分的仿真分析

2.4单级有源丘克型功率因数校正变换器分析

2.4.1可控全桥功率因数校正变换器的工作原理及电路特性分析

2.4.2可控全桥功率因数校正变换器的仿真分析

2.4.3单级有源丘克型功率因数校正变换器的工作原理及电路特性分析

2.4.4单级有源丘克型功率因数校正变换器的仿真分析

2.5本章小结

3 新型单级有源功率因数校正电路和数学模型的建立

3.1引言

3.2新型单级无桥式功率因数校正变换器拓扑结构和工作原理

3.2.1新型功率因数校正变换器拓扑结构的提出

3.2.2新型功率因数校正变换器电路的工作原理

3.3建立新型单级无桥式功率因数校正变换器的数学模型

3.4 本章小结

4新型变换器输出电压的二次谐波消减控制策略及仿真验证

4.1引言

4.2二次谐波消减闭环控制策略

4.2.1平均电流控制的闭环控制架构

4.2.2输出电压二次谐波消减控制架构

4.3功率级主电路元件参数设计

4.3.1交流侧输入电感参数设计过程

4.3.2直流储能电容的参数设计过程

4.3.3直流侧输出电感与输出电容设计过程

4.4 通过仿真验证输出电压二次谐波消减控制策略的闭环控制架构

4.4.1未加入二次谐波消减控制策略的仿真

4.4.2加入二次谐波消减控制策略的仿真

4.4.3新型功率因数校正变换器的功率因数以及二次谐波消除比例

4.5本章小结

5 结论

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间申请的专利目录

B. 作者在攻读学位期间的获奖目录

C. 学位论文数据集

致谢