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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于DSP的能馈型PWM整流器研究姓名：孙丽娜申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：陈新20090101南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 传统的AC/DC电能变换器，普遍采用二极管不控整流或相控整流方式，随着这类电力电子装置在电网中运行数量的增加，注入电网的谐波污染越来越大，导致电网的功率因数下降，谐波污染日益严重，电能的有效利用率降低。因此，节约能源、降低成本、减少污染，成为当今世界研究的热点。能馈型PWM整流器具有直流侧电压恒定、单位功率因数运行、能量可以双向流动等特性，真正意义上实现了绿色电能变换、节能减排的效果，因此，受到了国内外学者的
2、广泛关注。本文针对半桥PWM整流电路拓扑，就一些实际问题展开研究，对优化工程设计具有一定的指导意义。 首先，论文对能馈型半桥 PWM 整流器工作于整流和能量回馈两种状态的工作原理进行了系统的分析，并对全数字化的平均电流 PFC 控制方案和一种具有抗饱和特性的改进型 PI 算法进行了介绍，引入了半周期调制方法，消除了半桥拓扑的开关死区，并用 SABER 工具对该算法进行仿真验证。然后，对于半桥类拓扑普遍存在的直流侧电容不均压问题，深入分析了其产生的原因及电压不平衡对电容纹波的影响，设计了附加均压环式控制方式和双电压环式控制方式两种均压控制方案，很好的解决了这一问题。最后，本文采用 TI 公司生产
3、的 TMS320F2812型号的 DSP 作为主控芯片，详细给出了主电路参数设计，及数字控制系统主要的硬件设计、部分软件设计以及程序流程图设计，完成了一套平均电流控制的具有数字 PFC，无谐波污染，能量可以双向流动的实验装置， 并以此样机为平台进行了实验， 实验结果验证了理论分析的正确。 关键词：关键词：功率因数校正，平均电流控制，PWM 整流器，能量回馈，数字控制 基于 DSP 的能馈型 PWM 整流器研究 ii ABSTRACT With the increased using of conventional AC/DC converters, which employ diode rec
4、tifiers or thyristor rectifiers, a number of current harmonics are injected into the grid, causing low power factor and decreased power efficiency. Therefore, energy saving, cost reducing and pollution cutting down are paid widely attention in power electronics fields. The bi-directional PWM convert
5、er has the merits of constant output, unit power factor and feedback of power into the grid, which leads to the true sense of green power conversion, energy saving and emissions reduction. In this thesis, some actual issues of the half-bridge PWM converter are researched, which has a profound guidin
6、g in engineering design. At the beginning of this thesis, the operation principle of bi-directional half-bridge PWM under rectification operation and energy-feedback operation is introduced in detail. The digital average current control of power factor correction and improvement PI algorithm with an
7、ti-saturated characteristic is also presented. The arithmetic has been proved to be better performence by Matlab simulation .In order to eliminate the dead time which is always required in half-bridge converters, half period control method is proposed. Then, with the purpose to overcome the voltage
8、unbalance of the dc-link capacitors existed in the half-bridge topology, the cause of un-balance voltage and the influence of the capacity ripple are analyzed in detail. Furthermore, affixture balance voltage loop and double voltage loop are designed and get a good result in capacitors voltage balan
9、ce. Finally, a 1kW prototype based on DSP TMS320F2812 is built and design methods of hardware circuit and software program are presented. The prototype with average current controller has the features of digital PFC, low harmonic pollution, bi-directional power flow and so on. The experimental resul
10、ts based on this prototype verify the analysis. Keyword: Power Factor Correction; Average Current Control ;PWM converter； Power Bi-directional Flow; Digital Control 基于 DSP 的能馈型 PWM 整流器研究 vi 图表清单 图 1.1 二极管桥式整流器.1 图 1.2 无源功率因数校正变换器.2 图 1.3 单相半桥式 PWM 整流器.6 图 1.4 单相全桥式 PWM 整流器.6 图 1.5 双 Boost 型 PWM 整流器.
11、7 图 2.1 整流状态能量流动示意图.12 图 2.2 能量回馈状态时能量流动示意图.12 图 2.3 能量回馈时电压与电流关系.13 图 2.4 能馈型半桥 PWM 整流器主电路.15 图 2.5 能量回馈型 PWM 整流器模型电路.15 图 2.6 能馈型 PWM 整流器交流侧稳态矢量关系.16 图 2.7 能馈型半桥 PWM 整流器整流状态时的开关模态等效图 .18 图 2.8 整流状态时主电路波形.19 图 2.9 能馈型半桥 PWM 整流器整流能馈状态时的开关模态等效图 .20 图 2.10 能馈状态时电路主要波形.21 图 3.1 能馈型半桥 PWM 整流器的工作原理方框图.23 图 3.2 峰值电流型控制输入电流波形.24 图 3.3 平均电流型控制输入电流波形.24 图 3.4 滞环电流型控制输入电流波形.
