基于boost变换器的pfc.docx

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1、摘要目前，主要有六种主要的基本斩波器电路，其中一种是BOOSt升压电路，它是一种开关式直流升压电路，它能够确保输出电压高于输入电压。升压电路的主要应用是单相功率因数校正（PFC）电路、直流电动机的驱动器或其他交流/直流电源系统。在国家节能减排委员会的发起下，通过采用对功率因素校正变换器的设计与管理，能够减少谐波污染，从而减少了能量消耗，并产生良好的社会经济效益和环保价值。但因为传统供电装置的复杂性，易于产生谐波，危害电网的能源品质，因此传统变换器也并没有很好处理该问题,而这些问题可以通过设计带有升压转换器的PFC来解决。首先，本文分别描述了升压电路和功率因数校正技术，描述了升压转换器和功率因数

2、校正技术之间的关系，并研究了该电路在不同工作模式下的运行。其次，设计了一种基于BOOSt的变换器的PFC电路。在一般电网中，可能会接进许多整流负载，并且会造成输入电流会带来很多谐波的问题等，而谐波分量过大会导致电源输入功率过低，谐波电流会加剧电网中配电设备的损耗，降低设备的寿命，也会降低功率因数，影响其他连接在负载端用电设备的正常使用，并且会对电磁形成干扰，过低的功率因数会浪费设备容量、加重配电设备传输的损耗等困扰。可以说PFC是改善负载功率因数的一种方法。最后，用Mauab中的SimUIink搭建仿真模型，实现BOoSt变换器的PFC仿真试验，通过分别调试，获得不同工作状态下的实验波形以及相

3、关数据后，对试验结果进行分析说明，从而验证理论分析的正确性和有效性。关键词：Boost；功率因数校正；谐波；MatlabAbstractAtpresent,therearesixmainbasicchoppercircuits.OneofthemistheBoostcircuit,whichisaswitchingDCboostcircuitthatensuresthattheoutputvoltageishigherthantheinputvoltage.Themainapplicationsofboostercircuitsaresingle-phasepowerfactorcorrect

4、ion(PFC)circuits,DCmotordrivers,orotherAC/DCpowersystems.UndertheinitiativeofNationalEnergyConservationandEmissionReductionCommittee,thedesignandmanagementofpowerfactorcorrectionconvertercanreduceharmonicpollution,thusreducingenergyconsumption,andproducegoodsocialeconomicbenefitsandenvironmentalprot

5、ectionvalue.Butbecauseofthecomplexityofthetraditionalpowersupplydevice,easytoproduceharmonics,harmtheenergyqualityofthegrid,sothetraditionalconverterisnotverygoodtosolvetheproblem,andtheseproblemscanbesolvedbydesigningaPFCwithaboostconverter.Firstly,thispaperdescribestheboostcircuitandpowerfactorcor

6、rectiontechnologyrespectively,describestherelationshipbetweentheboostconverterandpowerfactorcorrectiontechnology,andstudiestheoperationofthecircuitindifferentoperatingmodes.Secondly,aPFCcircuitbasedonBoostconverterisdesigned.Inthegeneralpowergrid,maybeconnectedtoalotofrectificationload,andwillcauset

7、heinputcurrentwillbringalotofharmonicproblems,andtheharmoniccomponentofthegeneralassemblywillcausethepowerinputpoweristoolow,harmoniccurrentwillaggravatethelossofpowerdistributionequipmentinthegrid,reducethelifeoftheequipment,willalsoreducethepowerfactor,affectthenormaluseofotherconnectedintheloadte

8、rminalelectricalequipment,Andwillformelectromagneticinterference,toolowpowerfactorwillwasteequipmentcapacity,aggravatethetransmissionlossofdistributionequipmentandothertroubles.ltcanbesaidthatPFCisawaytoimprovetheloadpowerfactor.Finally,thesimulationmodelisbuiltbySimulinkinMatlab,andthePFCsimulation

9、testofBoostconverterisrealized.Theexperimentalwaveformsandrelevantdataunderdifferentworkingstatesareobtainedbydebuggingrespectively,andthetestresultsareanalyzedandexplained,soastoverifythecorrectnessandeffectivenessofthetheoreticalanalysis.Keywords：Boost；ppowerfactorcorrection;Harmonics;Matlab摘要IAbs

10、tractII第1章绪论11.1 研究背景、目的及意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究目的11.1.3 研究意义21.2 研究内容21.3 非技术因素和可行性分析21.3.1 非技术因素21.3.2 可行性分析31.4 论文的主要组织结构3第2章PFC技术及Boost变换器基础52.1 PFC技术52.2 BOOSt变换器技术62.3 PFC与Boost变换器的关系102.4 本章小结12第3章Boost变换器的PFC的设计133.1 基于BooSt变换器的PFC的主电路设计133.1.1 变换器的数学模型133.1.2 设计模型143.2 基于Boost变换器PFC的控制策略设计15

11、3.2.1 Boost变换器的PFC设计PWM调制153.2.2 PI电流控制环路设计173.2.3 PI电压控制环路设计193.3 本章小结20第4章基于SimUlink的仿真分析214.1 MatIab与SimUlink仿真介绍214.1.1 Simlllink仿真模型的建立214.1.2 仿真参数的设置224.2 BoostPFC设计的仿真结果244.3 本章小结28总结与展望29参考文献30致谢33第1章绪论1.1 研究背景、目的及意义1.1.1 研究背景随着社会经济的不断发展和生活水平的提高，各种电气设备越来越多地应用于人们的生活和工作。脉冲电源因其体积小、功率密度高、效率高而被广泛

12、使用。这也是本研究的重要基础。近年来，随着电子技术的发展，计算机等各种通信设备越来越普及，越来越多的领域应用了这些设备，但是其中电网的谐波污染、输入侧的低功率因数等问题似乎越来越突出。这些设备需要一个内部电源部分，将主电源转换为直流电。在这个转换过程中，某些非线性成分的存在使输入的交流电压成为正弦波，但输入的交流电流却高度失真，含有大量的谐波。谐波的存在不仅降低了输入电路的功率因数，而且还污染了公共电力系统，恶化了电网的功率因数，导致电路故障，降低了电网的供电效率。有必要用有效的校正技术将谐波污染降到最低。为了减少电流和谐波畸变，使电磁环境更加清洁，国内外都制定了适当的谐波电流限制标准，规定了

13、电气设备产生的最大允许谐波电流。利用先进的高频电源转换技术进行功率因数校正（PFe）是解决谐波污染的最有效方法。为了减少交流电网的谐波污染，有必要对电源输入电路、高频整流器的电源等进行功率因数校正，以减少谐波电流。功率因数校正的目的是使用特殊的控制方法，使电源的输入电流与输入电压相等，功率因数接近1。1.1.2 研究目的在节能减排的发起下，通过对功率因数校正变换器的设计和控制，可以使谐波污染减小，并降低能源损耗，具有良好的经济与环境价值。由于用电设备的多样性，因而容易产生谐波，影响电网的电能质量，传统变换器并不能很好解决该问题。通过使用BOoSt变换器的PFC设计，可以很好地解决此类问题。电子

14、设备的普及使模拟控制的PFC技术越来越成熟，尽管在某些领域仍然存在限制。然而，在某些领域仍然存在局限性。与模拟控制的PFC相比，数字控制的PFC具有控制灵活、便于携带和易于调试等优点。这就是为什么有必要将数字控制引入PFC技术的原因。将数字控制引入PFC技术，从而利用数字控制实现PFC算法，已经成为当今功率因数校正领域的一个重要研究领域。11.3研究意义通过研究Boost电路的PFC设计可大大减小电网中的整流负载带来的输入电流中的谐波，减小谐波电流，增加电源的输入的有功功率，用以降低电网中配电设备的损耗，不会干扰挂接在负载端其他用电设备的正常工作，并且降低电磁干扰、避免过低的功率因数对设备容量

15、的浪费、减少配电设备传输损耗等影响。Boost升压电路通常是PFC转换器的基本拓扑结构，这是因为升压电路设计和控制电路结构简单，而且产生的输出纹波明显减少。通过将多个BOoSt和PFC电路交错串联，不仅可以提高功率水平，减少大功率器件的电流消耗，还可以减少输入和输出产生的输出电压纹波，减少滤波电容的尺寸。所以,在大功率使用情况下使用这种电路结构的优越性很大。在当今国家提倡的节能减排的决议下，通过对功率因数校正变换器的设计和控制，可以减小谐波污染，降低能源损耗，从而达到能源利用最大化，具有良好的经济与环境价值。12研究内容本文首先分别介绍了升压转换器和PFC技术的基本理论、工作原理和相关结构框图

16、，并详细介绍了升压转换器的两种模式：CCM和DCM,以了解升压转换器和PFC技术的技术原理，并为今后的研究奠定基础。通过对BOOSt变换器PFC设计进行建模，解读了建模原理，列举了研究中会用到的相关公式。最后，在Matlab上的Simulink进行了仿真。介绍了MaHab与其一项可视化工具SimUIink,接着MaUab上搭建BoOSt变换器的PFC的模型，进行仿真，得到波形图，并进行分析得到结论。本次研究的核心为如下几点：1、理解功率因数校正的原理。2、掌握BooSt变换器的工作原理。3、掌握PWM控制技术的工作原理。4、设计基于Boost变换器的PFC闭环控制算法，并对算法进行分析。5、使用Matlab实现Boost变换器的PFC仿真试验，并对试