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单相全控整流器的设计与实现

曾志刚  
【摘要】:通常,传统的AC-DC电路一般采用桥式整流电路和大电容滤波得到直流电压,由于负载一般不是纯阻性,直接用桥式整流输出给负载供电会使电流波形发生畸变,降低了功率因数、效率,输入级产生了大量的电流谐波,给电网造成严重谐波污染,因此研究功率因数校正电路非常有必要。在有源功率因数校正(APFC)变换器当中,电流随AC电压变化,输入电流与输入的电压同频同相,因此可以实现较高的功率因数,而且还能调节输出直流电压,获得一个较高的直流电压为后级提供能量。 本论文设计并实现了单相全控整流器,采用了数字控制的单相无桥APFC电路。介绍了主电路的拓扑结构和工作原理,分析了乘法器、电压跟随器和单周期等几种控制策略,峰值电流法、平均电流法和滞环电流法等几种控制方法,在性能上将无桥的APFC和传统的Boost_PFC进行了对比,最终实现了主电路的简化及优化设计。给出了硬件设计方案,介绍了关键元器件的选型,主控处理器选用Delfino F2833X系列的DSP芯片,功率开关采用Infineon F4-50R12MS4,计算了滤波电容和升压电感的参数值,设计了主控电路、ADC电路、采样电路、滤波电路、电源电路、显示电路的电路原理图设计。给出了软件设计方案,设计了包括主程序、中断程序、ADC子程序、双闭环子程序、软启动子程序在内的控制软件的程序流程图。 在MATLAB的SIMULINK中进行了电路的仿真,验证了设计方案的可行性,并制作了样机进行实验测试。仿真和测试的结果显示采用Delfino F2833X控制的无桥APFC整流器具备和专用芯片相当的性能,输出电压为稳定的380V直流电压,具有较强的带负载能力,功率因数达到0.98,THD含量仅3.8%,系统效率达到95%。


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