基于boost变换器的pfc.docx

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-phasepowerfactorcorrection(PFC)circuits,DCmotordrivers,orotherAC/DCpowersystems.UndertheinitiativeofNationalEnergyConservationandEmissionReductionCommittee,thedesignandmanagementofpowerfactorcorrectionconvertercanreduceharmonicpollution,thusreducingenergyconsumption,andproducegoodsocialeconomicbenefitsandenvironmentalprotectionvalue.Butbecauseofthecomplexityofthetraditionalpowersupplydevice,easytoproduceharmonics,harmtheenergyqualityofthegrid,sothetraditionalconverterisnotverygoodtosolvetheproblem,andtheseproblemscanbesolvedbydesigningaPFCwithaboostconverter.Firstly,thispaperdescribestheboostcircuitandpowerfactorcorrectiontechnologyrespectively,describestherelationshipbetweentheboostconverterandpowerfactorcorrectiontechnology,andstudiestheoperationofthecircuitindifferentoperatingmodes.Secondly,aPFCcircuitbasedonBoostconverterisdesigned.Inthegeneralpowergrid,maybeconnectedtoalotofrectificationload,andwillcausetheinputcurrentwillbringalotofharmonicproblems,andtheharmoniccomponentofthegeneralassemblywillcausethepowerinputpoweristoolow,harmoniccurrentwillaggravatethelossofpowerdistributionequipmentinthegrid,reducethelifeoftheequipment,willalsoreducethepowerfactor,affectthenormaluseofotherconnectedintheloadterminalelectricalequipment,Andwillformelectromagneticinterference,toolowpowerfactorwillwasteequipmentcapacity,aggravatethetransmissionlossofdistributionequipmentandothertroubles.ltcanbesaidthatPFCisawaytoimprovetheloadpowerfactor.Finally,thesimulationmodelisbuiltbySimulinkinMatlab,andthePFCsimulationtestofBoostconverterisrealized.Theexperimentalwaveformsandrelevantdataunderdifferentworkingstatesareobtainedbydebuggingrespectively,andthetestresultsareanalyzedandexplained,soastoverifythecorrectnessandeffectivenessofthetheoreticalanalysis.Keywords：Boost；ppowerfactorcorrection;Harmonics;Matlab摘要IAbstractII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153.2.1 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，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