一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器的研究

作     者：郑凯通 

作者单位：三峡大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马辉

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无桥PFC电路 单相三电平整流器 耦合电感 准比例谐振控制 PWM 

摘      要：有源功率因数校正电路（Active Power Factor Correction Circuit,APFC）,具有谐波污染小、功率因数高、输出电压稳定等优点,广泛应用于开关电源、充电桩及轨道交通等场合。在中高功率变换器发展中,为降低损耗,提高功率传输容量,软开关技术及新型拓扑结构被相继提出,其中无桥PFC电路具有广阔的应用前景,而多电平变流技术的发展为实现其高可靠性、高频性、低输入高输出等高效率应用场合提供了一种全新思路。本文主要从传统单相两电平Dual-Boost型整流器结构特点、电压电流特性等方面对其优化改进,提出一族新型Dual-Boost无桥三电平整流器,设计一种新型脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）策略,其电流内环采用准比例谐振（Quasi-Proportional Resonant,Q-PR）控制器,以实现对网侧电压电流和输出电压特性的有效控制。文中介绍了国内外关于单相无桥PFC整流器的拓扑类型和研究现状,深入分析了软开关技术及多电平技术应用特点,整合以上研究思路,提出一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器,以双向管插入式无桥三电平整流器和三端口嵌入式无桥三电平整流器为例,阐述其工作原理和等效开关模型,给出开关脉冲分配逻辑关系,为调制设计做铺垫。文中进一步分析了所提6种新型拓扑结构特点,并与类似多电平拓扑结构进行对比研究,给出元器件选型理论分析与设计过程,特别是耦合电感特性与建模分析、电容选择及功率开关器件的选型等等。基于6种拓扑结构特点,设计一种脉冲分配能力可移植性较强的新型载波调制方法,该调制策略设计思想是将载波调制技术融合空间矢量扇区划分特点,仅需改变脉冲分配结果,即可快速实现PWM调制。为提高整流器控制系统内环对电流基准参考量的跟踪性能,将准PR控制器用于所提三电平无桥PFC整流器的电流内环控制中,为搭建仿真平台和实验验证提供了确切设计思路和方向。基于MATLAB/Simulink平台,以双向管式Dual-Boost无桥三电平整流器为例,搭建调制、控制和主电路系统,进行仿真验证和实验样机制作,给出动态、稳态实验结果分析,并对所提拓扑与现有类似拓扑进行性能比较分析,仿真与实验结果一致,验证了所提拓扑、脉冲调制及控制策略的可行性和理论分析的正确性。