陈泳松[1]2012年在《基于单周期控制的APFC系统的研究与设计》文中认为本文在查阅大量国内外文献的基础上介绍了有源功率因数校正(APFC)技术的发展及特点,从拓扑形式和控制方式上分析了有源功率因数校正的方法与基本原理,阐明了数字控制APFC技术研究的必要性和重要性。在此基础上,重点介绍了单周期控制技术的工作原理,分析了采用DSP实现单周期控制的可行性,对采样频率的选择、PWM信号的产生、控制器与功率电路间的连接、硬件设计和控制算法的软件实现等进行了详细介绍。非线性控制策略—单周期控制(One-Cycle Control, OCC)应用在有源功率因数校正(APFC)技术中性能卓越,它无须检测输入电压,不需传统的乘法器,而且控制方式简单,抗扰动能力强。本文以Boost-APFC结构为研究对象,设计了基于单周期控制的有源功率因数校正系统。仿真与实验结果表明,单周期控制适用于BOOST变换器,而且具有良好的输入功率因数校正效果。本文第2章叙述了基于单周期控制的单相Boost-APFC的工作原理,对不同工作模式(CCM, DCM)的单周期控制进行了比较,接着分析了单周期控制的适用性与稳定性,并搭建了仿真模型,仿真结果证明了分析的正确性。第3章叙述了APFC系统硬件的设计与实现,对一台APFC实验样机的功率变换电路以及控制系统外围电路进行详细的分析与设计,给出了实验样机的升压电感、EMI滤波器、采样电路、驱动电路等的详细设计及功率器件的选型。传统APFC方案一般采用模拟控制方式,控制电路复杂,对环境变化敏感。本文分析了单周期控制数字PFC技术的关键问题,对传统单周期控制Boost-APFC进行改进以利于数字实现。首先介绍APFC数字控制芯片的特点,然后分析了单周期控制数字APFC的工作原理,确定了控制信号的采样频率和测量方法,并对电压环数字控制器的参数进行了详细的设计。接着给出了APFC控制算法的软件设计过程,搭建了基于TMS320F2812的单周期控制数字PFC实验平台,实验结果验证了理论分析与设计的正确性。
王晗[2]2009年在《大功率单相数字APFC的研究与实现》文中研究说明在单相电网中，随着电力电子技术的快速发展，越来越多的电力电子设备在电网中投入使用，特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源电路和交直交变频电路的广泛使用，对电网造成了严重的谐波电流污染。有源功率因数校正（APFC）技术作为解决谐波电流污染的重要技术，得到了广泛的研究和发展。本文主要进行了以下几个方面的研究：对单相APFC的发展情况、研究现状、两个主要谐波标准（IEC61000-3-2和IEC61000-3-12）、拓扑结构、工作原理、控制策略等方面进行了详细的研究、分析和总结，把APFC电路的大功率化和数字化作为本文的主要研究目标；对模拟APFC电路进行了大功率化研究，基于模拟PFC专用控制芯片L4981B设计了一款大功率APFC电路，分析了L4981B的内部结构和工作原理，进行了外围器件参数的设计选型，特别是功率电感、功率开关管以及滤波电容的设计，重点研究了L4981B的开关频率调制的特点，并进行了基于L4981B控制原理的SIMULINK仿真分析，最后对电路进行了大功率试验研究，丰富深化了单相APFC的研究功率等级；分析了无桥功率因数校正（BLPFC）拓扑的工作原理和部分PFC的各种控制策略，结合这两者设计了一款无桥部分APFC电路，采用FPAB50PH60智能功率模块作为电路的主功率器件，单片机ST7MC1K2作为电路的核心控制器，对电感和输出滤波电容等参数进行了设计选型，并进行了仿真分析，总结了BLPFC电路的本质特点，最后进行了大功率试验研究；研究了有桥APFC电路的数字化实现，进行了硬件电路的设计和相关外围器件参数的选型。采用数字信号处理器TMS320LF2808作为核心控制器，具体实现了乘法器这种PFC控制策略的算法，其中包括电流环、电压环的算法的研究和实现，以及数字PI调节器和数字滤波等各种算法的实现。最后进行了数字APFC电路的大功率试验研究，效果良好，达到了设计的目的。
杜思涛[3]2014年在《叁相有源功率因数校正系统的研究》文中进行了进一步梳理随着现代电力电子技术的发展,各种电力电子设备和非线性负载被应用到电网中,使得大量的谐波注入电网。有源功率因数校正(APFC)作为一种节省电能、提高用电效率的重要技术,能够对电网中的谐波进行有效的抑制。目前,单相APFC技术已趋成熟,而叁相APFC技术正成为国内外研究的热点。本文在分析了目前叁相APFC技术发展现状的基础上,围绕着一种单相合成叁相APFC拓扑结构展开研究,主要内容如下：首先,本文介绍了叁相APFC技术的国内外研究现状以及未来发展趋势,对现有的叁相APFC拓扑结构进行了介绍,分析了各种拓扑的优缺点。对目前存在的由单相APFC模块组合的叁相APFC系统进行了介绍,进而引出本文采用的叁相叁线APFC拓扑结构。其次,分析了叁相叁线APFC电路的工作原理,给出了系统的数学模型。在此基础上,为了得到系统稳定工作、实现单位功率因数需满足的条件,引入李亚普诺夫稳定性定理,通过构造李亚普诺夫函数得出系统实现输入侧电流跟踪输入电压变化时输出直流电压需满足的条件,为后续仿真实现和算法推导提供了理论基础。然后,利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,进行仿真实验,得出仿真结果,验证了本文叁相APFC电路拓扑结构的正确性。在理论分析和仿真研究的基础上,设计了系统主电路和基于TMS320F2812DSP的数字控制部分的硬件电路,并用C语言编写相应的程序,制作了整个装置的试验样机,并给出样机的测试结果。结果表明,该叁相叁线APFC系统能够实现输入电流跟随输入电压变化,且系统总谐波畸变(THD)较低。最后,对全文进行总结,根据设计目标和实验结果,指出文章取得的成果,还未完成的工作,以及研究中存在的不足之处。对课题研究进行展望,根据不足之处指出今后努力的方向。
梁安平[4]2009年在《开关电源有源功率因数校正电路的设计与仿真研究》文中进行了进一步梳理随着电子科学技术的飞速发展,开关电源类装置在生产和生活的各个领域应用日趋广泛。然而,由于其低功率因数,给电力系统注入了大量的谐波,致使电网中谐波的污染日益严重。有源功率因数校正技术是提高功率因数,减少整流电路谐波的重要手段,能够使输入电流成为与电网电压同相位的正弦波,使整流电路基本不产生谐波。因而成为目前电力电子学领域研究的热点。本文首先对有源功率因数校正的基本原理,基本变换电路和控制策略进行了比较和分析,在此基础上,明确了本文研究的对象为平均电流控制的Boost型APFC电路。然后,详细分析了平均电流控制的Boost型APFC电路的结构和工作原理,并建立了基于平均电流控制的Boost型APFC电路的小信号模型。最后,设计完成了基于UC3854的500W Boost型APFC电路,并用MATLAB对电路进行了建模和仿真分析。本文是电路设计和仿真实践相结合的结果。作者在电路原理分析及电路设计的基础之上,运用仿真软件MATLAB对Boost型APFC电路的主电路和控制电路分别进行了建模和仿真分析,仿真结果均达到预定指标,验证了本文理论分析和电路设计的正确性。
陈瑞[5]2006年在《一种含APFC的高频交流稳定电源的研究》文中提出本课题研究了一种满足特殊要求的含APFC的高频交流稳定电源。首先着重分析了含APFC的高频交流稳定电源的组成,给出总体结构设计方框图。对整流器的主电路进行分析,讨论了一般交流电源中经常采用的电路结构,为了减少输入电流的谐波和改善输入功率因数,采用二极管整流加上基于BOOST型APFC电路,并给出本电源整流器主电路的拓扑。对于逆变器部分,采用的是叁相桥式结构。功率MOSFET的驱动电路的设计也是至关重要的,在详细讨论了驱动电路应该格外注意的问题后,给出本电源逆变器部分功率MOSFET的驱动电路,并对其进行分析。最后讲解了对电源进行欠压、过压、过流等各种保护的重要性并给出保护电路。本文分析了有源功率因数校正的基本原理,给出电感电流连续控制模式下的电路示意图。将整个APFC电路分为功率电路部分和控制电路两部分进行计算和分析,获得模型具体参数后,在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,得出结论。近几年来高性能PWM逆变器的研究越来越受到关注,发展了多种波形控制技术,本文还着重研究了基于极点配置的逆变器的双环PI控制。首先建立了单相PWM逆变器的数学模型,并给出单相逆变器主电路方框图。简单分析了PWM逆变器谐波畸变的机理。然后分析了单相逆变器基于极点配置的PID控制器的设计,并在MATLAB中进行仿真验证。最后对基于极点配置的双环控制器的设计进行讨论,从仿真中可以看出这种控制策略可以很明显的改善逆变器的动态性能、提高逆变器带非线性负载能力。
谢铂云[6]2002年在《APFC系统的设计与实现》文中认为本文主要是针对一种在较大功率场合应用的新型的有源功率因数校正系统(APFC)做了从理论推导、系统设计到电路制作调试这样一系列从理论到实践的工作。在实践过程中，验证了理论的正确性。应用西门子公司的控制器TDA16888进行控制，主回路采用Boost变换器，实现有源功率因数校正系统达到了性能指标，效果很好，可以在实践中推广应用。
吴佳乐[7]2017年在《基于DSP的叁相APFC的研究与实现》文中认为随着电力电子技术的发展和社会的不断进步,谐波“污染”问题受到越来越多的关注,解决电力电子装置的谐波污染问题,提高功率因数,对于提高用电设备的利用率和缓解我国能源短缺问题等都具有重要的现实意义。本论文侧重于叁相有源功率因数的研究与实现,采用空间矢量脉宽调制技术和PI双闭环控制的控制策略,研究了基于DSP的数字化叁相有源功率因数校正技术的可行性。在论文中,首先对主电路拓扑结构的特点进行了研究,根据应用需求分析,选择了叁相六开关拓扑结构作为系统主电路。其次,建立了叁相六开关主电路的数学模型,研究了其前馈解耦算法,详细推导了叁相静止坐标系与两相旋转坐标系的转换方法。在此基础上,设计了基于电流内环和电压外环的PI双闭环控制算法,并建立了算法控制模型。对于空间矢量脉宽调制算法,本文从工作原理与产生方法两个方面对其进行了详细介绍,并提出了一种SVPWM的改进方法。然后基于改进的SVPWM算法,建立了叁相有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,APFC)系统的MATLAB系统仿真模型,并对仿真结果进行了分析。最后,设计了一套10KW的叁相有源功率因数校正器样机,对系统硬件部分设计的各个模块进行了详细的介绍,同时给出了基于DSP主控芯片TMS320F28335的软件程序设计的详细流程。其中,系统硬件设计部分主要包括光耦隔离驱动电路,交、直流信号采样及调理电路,过零检测电路,以及各个模块电源详细的设计方案。软件部分则着重介绍了T1中断服务子程序、ADC采样子程序、正余弦计算、过零捕获中断子程序、以及PI双闭环控制算法与SVPWM算法的程序实现等几个部分。在此基础上,对样机进行了测试,结果证明了叁相APFC系统的可行性。
周倩倩[8]2016年在《基于萤火虫PID优化控制的功率因数校正器研究》文中指出随着功率半导体器件等非线性、开关性负载的广泛应用,谐波污染问题日趋严重。现代电力系统的功率因数并非传统意义上的基波电压和基波电流之间的相位移因数,而是与谐波密切相关,谐波严重直接导致功率因数降低。抑制谐波主要有两种方法:一是通过补偿谐波实现,二是对电力电子装置本身进行改造。谐波补偿属于被动式方法,在消除谐波的同时改善功率因数,但难以达到单位功率因数。而有源功率因数校正(APFC)技术是一种主动式的谐波抑制方法,通过控制电流跟随电压变化来获得理想的功率因数。目前,单相APFC技术已经相对成熟,叁相APFC技术是重点研究对象。本文主要是对叁相有源功率因数校正技术进行研究,包括叁相单、双开关APFC主电路拓扑结构的设计和智能PID控制方案的实现。为了解决传统叁相单开关功率因数校正器输入电流谐波较大的问题,设计了一种新型拓扑结构的单开关APFC电路。并将萤火虫算法与传统PID结合构成智能PID控制,应用于叁相单开关和双开关APFC电路的闭环控制系统。本文在总结APFC研究现状的基础上,首先介绍了萤火虫算法的仿生机理及数学描述,并针对常规PID控制器的不足,引入萤火虫PID控制算法;其次,对新型叁相单开关APFC电路的工作原理进行了详细分析,将DSP TMS320F28335作为主控芯片,完成该电路的硬件设计和调试;接着,将萤火虫PID算法应用于该新型单开关APFC系统,并进行了仿真;然后,分析了双开关APFC电路的工作状态,并利用小信号分析方法建立双开关电路的数学模型;最后完成了基于萤火虫PID控制的叁相双开关APFC电路的软件仿真。实验和仿真结果表明:改进叁相单开关APFC电路的拓扑结构、将基于萤火虫算法的PID控制替代传统的PID控制均能有效降低谐波含量,改善功率因数;使用基于萤火虫算法的PID控制叁相双开关APFC电路,能进一步提高上述指标。
邵添[9]2014年在《太阳能混合直流电源中MPPT和PFC技术的研究》文中进行了进一步梳理随着全球经济的快速发展,有限的煤、石油、天然气等化石能源已经无法满足人类的发展需要,为了避免出现能源危机,必须大力开发可再生的新能源。太阳能是一种清洁、高效且用之不竭的太阳光辐射能量,但光伏电池的输出受外界环境和负载的影响较大,为了充分利用太阳能,提高光伏电池的利用效率,需要在太阳能供电系统中加入辅助电源并且对光伏电池进行最大功率点跟踪。本文综合了光伏发电技术、最大功率点跟踪技术和功率因数校正技术,研制出一套节能高效的太阳能混合直流电源装置,它由太阳能光伏、蓄电池、AC/DC电源叁者集成,实现了电能来源的多样化,可自动无扰切换。同时它还具备MPPT、PFC和实时监控等功能。针对此太阳能混合直流电源的设计,本文所做的工作如下：(1)详细阐述了太阳能发电技术和MPPT的基本原理,分析和比较了恒定电压法、扰动观察法和电导增量法叁种MPPT算法,总结各算法的优缺点,提出了适合本课题的跟踪算法—-恒定电压启动结合扰动观察算法。对常用的DC/DC变换器进行分析,然后根据本系统的实际要求选择合适的变换电路和主控制芯片,完成硬件电路参数设计,选择合适的电子元器件,制作电路板,搭建一个120W的光伏发电系统。(2)分析了功率因数校正的基本原理,对PFC的主电路拓扑和控制方法进行了详细分析和比较,最终确定了适合本系统的功率因数校正方案；基于平均电流控制的Boost型APFC。利用UCC28019控制芯片设计了一个基于平均电流模式控制的APFC实验装置,其输出功率为1kW,给出了PFC电路的详细设计步骤和具体参数的计算过程。(3)研究了如何快速无扰切换叁种电源,保证混合电源能24小时不间断的给负载提供稳定可靠的电能,并提出了实现控制的切换算法,对太阳能混合直流电源系统中的智能自动无扰切换控制器进行设计。(4)对太阳能混合直流电源中MPPT模块和PFC模块单独进行测试,并对实验结果进行分析,然后对混合直流电源进行集成联调。
江剑峰[10]2012年在《多级交错单相有源功率因数校正器的研究》文中提出随着传统能源危机与可持续发展问题的日益突出,在相关技术发展的推动下,电力电子技术得到了快速发展。越来越多的电力电子设备接入单相电网,提供直流输出电压或交流输出电压,获得了显着的经济效益和社会效益。但是其带来的网侧谐波电流污染问题也是比较严重的。特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源电路和交直交变频电路,对电网造成了严重的谐波电流污染。功率因数校正,特别是有源功率因数校正(APFC)技术已成为解决谐波电流污染的重要技术,采用模拟APFC专用控制芯片设计的APFC电路已经在工业中得到了广泛的应用,取得了良好的校正效果。不过随着单相设备的功率等级日趋增加,一些应用场合,例如大功率变频柜机空调,在额定输入电压供电下,输入电流已经接近50A,额定功率达到10kW。对模拟APFC专用控制芯片提出了新的更高的功率支持要求。此外,在谐波电流标准制定方面,以往的针对单相电流16A以下的谐波标准IEC61000-3-2已经不能满足要求,单相电流高于16A小于75A应该采用新的谐波电流标准IEC61000-3-12。为了迎合这一趋势,许多半导体公司相继开发出不同工作原理的多级交错APFC的模拟控制芯片,可以支持更高的输出功率,同时克服了大功率单级APFC的缺点,如功率器件选型、成本、在板安装、整机功耗、EMI抑制水平等方面的不足。多级交错APFC必须解决通道间均流问题,现有模拟控制芯片都采用了合适的均流策略,获得了良好的均流效果,当然也存在这许多值得继续研究的地方。基于以上考虑,本论文从多级交错APFC的大功率化设计、均流策略、控制原理、电路工作特性研究、仿真实验分析等方面,对大功率APFC展开了深入的研究,具有理论意义和实际应用价值。主要研究工作如下:(1)详细分析了多级交错APFC系统的组成部分,基于APFC的开环控制理论,建立了单相APFC的无需输出电压检测控制电路。指出APFC的控制本质,从中发现单相APFC为一种“准变换器”,因为理论上的在网压过零点附近占空比大于1,而其最大占空比也不能大于一个小于1的上限,该理论与单相电压源整流器VSR的工作原理相同;(2)在分析单级APFC的电压与电流双闭环控制策略、电感电流合成原理、两级交错APFC中IGBT占空比与电感纹波电流的关系的基础上,设计了电压环和电流环,并采用MATLAB/SIMULINK进行了较为全面的仿真分析。最后基于TI公司推出的模拟控制器UCC28070,设计和实现了额定输出功率3kW,开关频率为35kHz,电感量为350μH的两级交错PFC。结果表明,采用双闭环控制、电流合成原理实现高性能和低成本的交错APFC是可行的,具有很好的纹波电流抑制效果和高性价比;(3)在分析了交错APFC改进的单周期控制、四级交错APFC工作特性的基础上,采用两只RENESAS推出的模拟控制器R2A20104设计和实现了两级交错4kW、四级交错8kW的PFC。实验结果表明,四级交错PFC能够满足谐波电流限度标准,可以作为大功率家用空调、通讯电源等前级PFC的首选方案,具有功率器件电流应力成倍下降、网侧纹波电流抑制和高性价比的优点,而能够提高效率2%以上;(4)根据四级交错功率因数校正器(PFC)功率电路拓扑结构,建立了电流连续模式(CCM)下变换器的EL(Euler-Lagrange)数学模型。证明了四级交错PFC的无源性,采用状态反馈和阻尼注入的方法设计了无源控制器。所提控制方案不需要比例积分环节,控制简单,对与输入电压,负载及系统元件参数的扰动具有较强的鲁棒性。特别在负载变化范围较宽的应用场合中,其电流的动态响应快速,输出直流电压保持不变,很好地实现了PFC的功率因数校正和直流恒压输出功能。采用无源控制策略的多级PFC具有非常好的均流效果。仿真结果证明了所提无源控制器性能优越、方法可行。
参考文献：
[1]. 基于单周期控制的APFC系统的研究与设计[D]. 陈泳松. 西南交通大学. 2012
[2]. 大功率单相数字APFC的研究与实现[D]. 王晗. 上海交通大学. 2009
[3]. 叁相有源功率因数校正系统的研究[D]. 杜思涛. 广东工业大学. 2014
[4]. 开关电源有源功率因数校正电路的设计与仿真研究[D]. 梁安平. 华东交通大学. 2009
[5]. 一种含APFC的高频交流稳定电源的研究[D]. 陈瑞. 华中科技大学. 2006
[6]. APFC系统的设计与实现[D]. 谢铂云. 西北工业大学. 2002
[7]. 基于DSP的叁相APFC的研究与实现[D]. 吴佳乐. 重庆邮电大学. 2017
[8]. 基于萤火虫PID优化控制的功率因数校正器研究[D]. 周倩倩. 武汉科技大学. 2016
[9]. 太阳能混合直流电源中MPPT和PFC技术的研究[D]. 邵添. 湖南师范大学. 2014
[10]. 多级交错单相有源功率因数校正器的研究[D]. 江剑峰. 上海交通大学. 2012
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