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B00st功率因数校正器的拓扑分类和PWM整流器的控制策略进详细分析
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PFC技术是电力电子技术的重要组成部分，已经在越来越多的领域得到应用。采用PwM控制方式的整流器，能得到较好的单位功率因数，减少线电流畸变，实现能量的双向传输，是实现电力电子装置功率因数校正和谐波抑制的理想整流器。本论文对于B00st功率因数校正器的拓扑分类和PWM整流器的控制策略进行了比较详细的综述介绍和比较深入的研究。具体所作的几个方面的研究目的和工作内容如下： （1）提出了一种关于单相B00st功率因数校正器数字控制的简化算法随着数字控制技术的不断发展，其在功率因数校正技术领域的应用越来越广。相对模拟控制，数字控制的优点：没有模拟电路中参数温度漂移的问题，简化硬件电路，控制灵活且易实现先进控制等，使得所设计的电源产品不仅性能可靠，且易于大批量生产，从而降低了开发周期。因此，数字化控制电源已成为当今开关电源产品设计的潮流。但是，数字控制同时也存在很多问题，其中最主要的就是数字化运算速度与开关频率之间制约的问题，使得现有控制算法很难完全实现以上优点。为了解决上述开关频率与DSP处理速度之间的矛盾，论文第二章提出了一种基于数字信号处理器（DsP）的改进的PFc数字控制方案，避免了常规平均控制算法在每个开关周期中复杂的输出占空比运算，减少了每个开关周期 DSP工作量，得到了相对平均电流控制更高的控制效率。此改进算法基于预设正弦表和系统微分约束关系，使得大部分的运算和采样工作都可以在主循环（即多个开关周期）中完成，从而简化控制，提高开关频率。同时还避免了电网电压畸变对输入电流控制的影响。实验结果验证了此改进算法的有效性，控制策略简单但包含完整的电压外环控制和电流内环控制，通过TMS320LF2407A定点DSP（执行速度40MlPS）即可以实现对开关工作频率100kHz的单相PFC的数字控制，实现了高功率因数低谐波的功率因数校正电路。此控制策略大大减少了控制cPU的工作量。 （2）基于DsP控制的无纹波双管H桥整流电路的研究本实验拟设计3kw单相功率因数校正前置电路，对于单相PFc电路来说输入电流较大。由于双管H桥整流电路在任何_【作模式电路中都只有两个半导体器件导通工作，可以减少导通损耗提高传输效率。同时由丁电路所需器件较少，电路的体积也可以减少。所以主电路拓扑选择导通损耗较小的双管H桥整流电路。现在通过额外添加了一个电容和一个电感．在Boost电路上也实现双电感无纹波技术，使得Boost电路也能实现输入电流无纹波。本论文第三章对单相功率因数校正前置电路拓扑进行了研究和改进，提出了无纹波双管H 桥整流电路。此电路去掉了EMc滤波器与PFc级间的整流桥，减少了电路的导通损耗。同时将耦合双电感技术应用于双管H桥整流电路，通过添加耦合电感和滤波电容在双管H桥整流电路上实现输入电流无纹波技术。实验结果验证了此电路的可行性和有效性，实现了3kw等级的高功率因数低谐波单相PFc电路，基本实现输入电流无纹波。
（3）空间矢量简化算法在三相P删电压型整流器中的应用在中大功率应用场合，选用三相六开关电压型拓扑，采用适当的控制策略，系统可以获得优良的性能指标。该电路拓扑具有能量双向流动的特性，对需要能量回馈的场合是很有意义的。所以，总的说来PwM整流器采用六开关B00st结构应是一种趋势。将传统的电流控制策略加以改进，结合他们的优点，并与空间矢量调制技术相结台的数字化控制策略是PwM整流器控制策略发展的方向之一。以现代控制理论为基础的数字化电流控制策略也是一个发展方向。近年来许多三相PwM整流器的控制都采用了DsP控制，这代表了～个趋势，预计今后数字化控制将逐渐取代模拟控制，将占据在控制技术方面研究和开发的主导地位。本文第四章提出了应用于三相六开关Boost型P删整流器的空间矢量简化算法，避免了常规空间矢量控制方法复杂的反正切函数、正弦函数和平方根运算。该方法根据两相笛卡儿坐标系上的电压空间矢量，直接确定电压空间矢量所在扇区，计算合成参考电压矢量的电压空间矢量在各个扇区内的作用时间，从而得出当前的开关状态及控制占空比。避免了传统控制策略中关于反正切正弦查表等繁杂工作，简化了运算过程。此外推导出了适用于此三相整流系统的建模和控制环设计。通过PE—ProVC33电力电子开发平台，将此简化算法和控制环设计应用于三相P删整流电路，验证了本文所提出的简化控制算法和控制环设计的有效性。通过实验得到对称连续正弦的输入电流波形，将系统输入电流的总谐波畸变率控制在4％以F，同时实现了单位功率因数整流。
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