變頻空調(diào)專用單相數(shù)字APFC的研制.pdf

1、在功率半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)以及控制技術(shù)的推動(dòng)下，電力電子變換技術(shù)發(fā)展迅速，為各種應(yīng)用場合提供動(dòng)力電源和功率調(diào)節(jié)，高效環(huán)保、綠色變換、精確供電成為主流發(fā)展方向。
　　在單相交流供電的AC-DC變換器領(lǐng)域，如果采用了二極管不控整流電路，由于后接電解電容濾波電路，該AC-DC變換器在網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)非線性負(fù)載特性，位移因數(shù)和畸變因數(shù)均低于1，使得網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低下，而且對(duì)電網(wǎng)形成諧波電流污染，并會(huì)惡化EMC指標(biāo)。
　　變頻空調(diào)為單相交流供

2、電的重要應(yīng)用場合，基本電路結(jié)構(gòu)為單相AC-DC變換器－三相電壓源逆變器－PMSM壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為了通過“3C”認(rèn)證或CE認(rèn)證，單相AC-DC變換器必需具有功率因數(shù)校正能能力，這就是單相有源功率因數(shù)校正器（APFC）。隨著變頻空調(diào)事業(yè)的發(fā)展，尤其變頻柜機(jī)空調(diào)的發(fā)展，變頻空調(diào)用單相有源功率因數(shù)校正器出現(xiàn)以下應(yīng)用特征：（1）功率上限擴(kuò)大，突破5kW和接近10kW；（2）開關(guān)頻率上限擴(kuò)大，達(dá)到40kHz；（3）升壓電感小型化，以便在板安裝

3、；（4）功率電路模塊化，增強(qiáng)功率密度；（5）功率電路多樣化，支持更大功率輸出；（6）控制策略簡單化和數(shù)字化，輸出電壓具有跟隨特性。
　　本課題就是基于變頻空調(diào)單相APFC以上發(fā)展趨勢(shì)制定研究內(nèi)容和研究目標(biāo)，旨在推出新穎控制策略、數(shù)字控制、5kW APFC功率模塊，并進(jìn)行理論分析、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，所做工作具有一定學(xué)術(shù)意義。
　　以下是本文進(jìn)行的研究分析內(nèi)容：
　?。?）建立了單級(jí)APFC的小信號(hào)模型和功率電路的傳遞函

4、數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了單級(jí)APFC傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制理論；
　　（2）分析了一種陷波器外環(huán)、比例諧振調(diào)節(jié)器(PR)內(nèi)環(huán)的單級(jí)APFC雙閉環(huán)控制策略，該控制策略具有網(wǎng)側(cè)電流波形正弦度高的特征；
　　（3）提出了一種單級(jí)APFC新型電流準(zhǔn)內(nèi)環(huán)的控制策略，理論和仿真分析驗(yàn)證了該控制策略具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)；
　?。?）基于NEC公司推出的?PD78F1213，采用上述兩種控制策略實(shí)現(xiàn)了額定輸出功率5kW、開關(guān)頻率為35kHz、電感

5、量為350μH（鐵硅鋁）的單級(jí)數(shù)字APFC功率模塊，功率因數(shù)校正效果好，性價(jià)比，而且具有輸出電壓跟隨輸入電壓和輸出功率的特征（降低功率器件的電氣應(yīng)力），還具有輕載下電流有效值滯環(huán)控制功能（提高輕載下效率），完全滿足變頻空調(diào)用單相APFC的發(fā)展需求；
　?。?）提出了一種新型MxN交錯(cuò)APFC的功率電路，建立了電流連續(xù)（CCM）下變換器的矩陣式歐拉方程。在證明2x2交錯(cuò)APFC的無源性的基礎(chǔ)上，采用非線性控制即無源性控制方法。該控制