無橋PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和全球環(huán)境的持續(xù)惡化，節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境成為維持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一件大事。許多國家和國際組織紛紛推出各項(xiàng)節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對現(xiàn)有電源系統(tǒng)提出種種要求，其中歐洲IEC555管理?xiàng)l例規(guī)定，功率超過75W的產(chǎn)品需要增加功率因數(shù)校正（PFC）功能。在用電設(shè)備中采用PFC技術(shù)不僅可以提高功率因數(shù)、降低對電網(wǎng)的諧波污染、提高電源利用率，同時(shí)可以使產(chǎn)品滿足各種標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　在目前采用PFC技術(shù)的各種電源和用電設(shè)備中，多數(shù)采用

2、整流橋首先將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，再經(jīng)過PFC環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。隨著功率等級的提高，整流橋的損耗在整個(gè)功率級損耗中占很大比重，因此采用不帶整流橋的無橋PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對提高系統(tǒng)的整體效率具有重要作用。無橋PFC作為一種高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，引起人們的廣泛關(guān)注，本文將從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略兩個(gè)主要方面對其進(jìn)行研究，并將新型無橋PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法應(yīng)用到變頻空調(diào)系統(tǒng)中加以驗(yàn)證和分析。
　　無橋PFC最先出現(xiàn)在Boost電路中，本文首

3、先分析了目前出現(xiàn)的無橋Boost PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種電流采樣簡單、電磁干擾噪聲小、通態(tài)損耗低的改進(jìn)型無橋Boost PFC，并采用平均電流和單周期兩種控制策略，對改進(jìn)型電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將無橋設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步推廣到具有升降壓功能的PFC變換器中，提出一種新穎的級聯(lián)式無橋Buck-Boost PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)單開關(guān)Buck-Boost PFC相比，這種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能解決開關(guān)應(yīng)力過高的問題，與傳統(tǒng)級聯(lián)式

4、Buck-Boost PFC相比，無橋結(jié)構(gòu)能降低通態(tài)損耗提高效率。
　　與模擬控制相比，數(shù)字控制具有電路結(jié)構(gòu)簡單、元器件少、對外部干擾不敏感、適應(yīng)性強(qiáng)、容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級等優(yōu)點(diǎn)。本文對無橋Boost PFC功率級傳遞函數(shù)和頻域設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，建立無橋Boost PFC的通用電路模型，為電路理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)對控制過程中的占空比約束關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)和分析，結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制芯片IRMCF343，提出一種運(yùn)算量小、適用于低成本數(shù)字

5、控制芯片的占空比預(yù)測算法，該算法主要用來改善電流環(huán)節(jié)的控制性能，與目前常用的平均電流控制相比它運(yùn)算量小，同時(shí)具有更快的輸入電壓和電流跟蹤能力。
　　在PFC控制策略中，通常需要電壓環(huán)來穩(wěn)定輸出電壓，該環(huán)節(jié)中的低通濾波器雖然能衰減輸出電壓紋波，卻降低了系統(tǒng)對負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。在負(fù)載經(jīng)?？焖僮兓膽?yīng)用場合（如變頻空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載），電壓環(huán)帶寬不夠會(huì)導(dǎo)致輸出直流母線電壓長時(shí)間大幅度波動(dòng)，這不僅使系統(tǒng)控制性能下降，同時(shí)對負(fù)載也是一種危

6、害。本文結(jié)合IRMCF343，在占空比預(yù)測算法的基礎(chǔ)上對電壓環(huán)進(jìn)行改善，提出一種快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)字PFC算法，該算法無需增加外圍硬件電路，只需在原來數(shù)字算法基礎(chǔ)上增加一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)低輸入電流畸變和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)一。
　　無橋PFC作為一種高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然引起包括各空調(diào)廠家的廣泛關(guān)注，但到目前為止市場上還沒有任何一款關(guān)于無橋PFC的空調(diào)產(chǎn)品，也沒有針對無橋PFC和傳統(tǒng)PFC在空調(diào)中的系統(tǒng)對比分析。本文設(shè)計(jì)了基于傳統(tǒng)PFC