B00st功率因數(shù)校正器的拓撲分類和PWM整流器的控制策略進詳細分析

　　PFC技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。采用PwM控制方式的整流器，能得到較好的單位功率因數(shù)，減少線電流畸變，實現(xiàn)能量的雙向傳輸，是實現(xiàn)電力電子裝置功率因數(shù)校正和諧波抑制的理想整流器。本論文對于B00st功率因數(shù)校正器的拓撲分類和PWM整流器的控制策略進行了比較詳細的綜述介紹和比較深入的研究。具體所作的幾個方面的研究目的和工作內(nèi)容如下： （1）提出了一種關(guān)于單相B00st功率因數(shù)校正器數(shù)字控制的簡化算法隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其在功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。相對模擬控制，數(shù)字控制的優(yōu)點：沒有模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，簡化硬件電路，控制靈活且易實現(xiàn)先進控制等，使得所設(shè)計的電源產(chǎn)品不僅性能可靠，且易于大批量生產(chǎn)，從而降低了開發(fā)周期。因此，數(shù)字化控制電源已成為當今開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計的潮流。但是，數(shù)字控制同時也存在很多問題，其中最主要的就是數(shù)字化運算速度與開關(guān)頻率之間制約的問題，使得現(xiàn)有控制算法很難完全實現(xiàn)以上優(yōu)點。為了解決上述開關(guān)頻率與DSP處理速度之間的矛盾，論文第二章提出了一種基于數(shù)字信號處理器（DsP）的改進的PFc數(shù)字控制方案，避免了常規(guī)平均控制算法在每個開關(guān)周期中復(fù)雜的輸出占空比運算，減少了每個開關(guān)周期 DSP工作量，得到了相對平均電流控制更高的控制效率。此改進算法基于預(yù)設(shè)正弦表和系統(tǒng)微分約束關(guān)系，使得大部分的運算和采樣工作都可以在主循環(huán)（即多個開關(guān)周期）中完成，從而簡化控制，提高開關(guān)頻率。同時還避免了電網(wǎng)電壓畸變對輸入電流控制的影響。實驗結(jié)果驗證了此改進算法的有效性，控制策略簡單但包含完整的電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制，通過TMS320LF2407A定點DSP（執(zhí)行速度40MlPS）即可以實現(xiàn)對開關(guān)工作頻率100kHz的單相PFC的數(shù)字控制，實現(xiàn)了高功率因數(shù)低諧波的功率因數(shù)校正電路。此控制策略大大減少了控制cPU的工作量。 （2）基于DsP控制的無紋波雙管H橋整流電路的研究本實驗擬設(shè)計3kw單相功率因數(shù)校正前置電路，對于單相PFc電路來說輸入電流較大。由于雙管H橋整流電路在任何_【作模式電路中都只有兩個半導(dǎo)體器件導(dǎo)通工作，可以減少導(dǎo)通損耗提高傳輸效率。同時由丁電路所需器件較少，電路的體積也可以減少。所以主電路拓撲選擇導(dǎo)通損耗較小的雙管H橋整流電路?，F(xiàn)在通過額外添加了一個電容和一個電感．在Boost電路上也實現(xiàn)雙電感無紋波技術(shù)，使得Boost電路也能實現(xiàn)輸入電流無紋波。本論文第三章對單相功率因數(shù)校正前置電路拓撲進行了研究和改進，提出了無紋波雙管H 橋整流電路。此電路去掉了EMc濾波器與PFc級間的整流橋，減少了電路的導(dǎo)通損耗。同時將耦合雙電感技術(shù)應(yīng)用于雙管H橋整流電路，通過添加耦合電感和濾波電容在雙管H橋整流電路上實現(xiàn)輸入電流無紋波技術(shù)。實驗結(jié)果驗證了此電路的可行性和有效性，實現(xiàn)了3kw等級的高功率因數(shù)低諧波單相PFc電路，基本實現(xiàn)輸入電流無紋波。

　　（3）空間矢量簡化算法在三相P刪電壓型整流器中的應(yīng)用在中大功率應(yīng)用場合，選用三相六開關(guān)電壓型拓撲，采用適當?shù)目刂撇呗裕到y(tǒng)可以獲得優(yōu)良的性能指標。該電路拓撲具有能量雙向流動的特性，對需要能量回饋的場合是很有意義的。所以，總的說來PwM整流器采用六開關(guān)B00st結(jié)構(gòu)應(yīng)是一種趨勢。將傳統(tǒng)的電流控制策略加以改進，結(jié)合他們的優(yōu)點，并與空間矢量調(diào)制技術(shù)相結(jié)臺的數(shù)字化控制策略是PwM整流器控制策略發(fā)展的方向之一。以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的數(shù)字化電流控制策略也是一個發(fā)展方向。近年來許多三相PwM整流器的控制都采用了DsP控制，這代表了～個趨勢，預(yù)計今后數(shù)字化控制將逐漸取代模擬控制，將占據(jù)在控制技術(shù)方面研究和開發(fā)的主導(dǎo)地位。本文第四章提出了應(yīng)用于三相六開關(guān)Boost型P刪整流器的空間矢量簡化算法，避免了常規(guī)空間矢量控制方法復(fù)雜的反正切函數(shù)、正弦函數(shù)和平方根運算。該方法根據(jù)兩相笛卡兒坐標系上的電壓空間矢量，直接確定電壓空間矢量所在扇區(qū)，計算合成參考電壓矢量的電壓空間矢量在各個扇區(qū)內(nèi)的作用時間，從而得出當前的開關(guān)狀態(tài)及控制占空比。避免了傳統(tǒng)控制策略中關(guān)于反正切正弦查表等繁雜工作，簡化了運算過程。此外推導(dǎo)出了適用于此三相整流系統(tǒng)的建模和控制環(huán)設(shè)計。通過PE—ProVC33電力電子開發(fā)平臺，將此簡化算法和控制環(huán)設(shè)計應(yīng)用于三相P刪整流電路，驗證了本文所提出的簡化控制算法和控制環(huán)設(shè)計的有效性。通過實驗得到對稱連續(xù)正弦的輸入電流波形，將系統(tǒng)輸入電流的總諧波畸變率控制在4％以F，同時實現(xiàn)了單位功率因數(shù)整流。