单相ac-dc变换器及其在家用变频空调中应用的研究

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1、上海交通大学博士后学位论文单相AC-DC变换器及其在家用变频空调中应用的研究姓名：杨喜军申请学位级别：博士后专业：电力电子与电力传动指导教师：叶芃生20040605上海交通大掌龟．气工程瀛动盘州尊士后研究工作报告摘要随着变频技术的日益成熟以及中国3C和欧盟CE认证制度等的强制执行，变频空调行业充满了绝好的发展机遇和严峻的竞争挑战。变频空调属于一门技术综合性的消费产品，仅就电控部分而言，就有非常高的技术含量。本研究报告就是以交流／直流变频空调的研发为大背景展开，旨在解决和探索变频空调发展中的前沿性问题和关键性问题，完成从技术到生产力的转化，但是本研究报告又不是完全立足于此，而又针对

2、电力变换领域的一些前沿问题和实际问题也进行了较为深入的理论与实现研究，提出了许多新的观点和看法，进行了大量的实验验证，因而丰富了该方面的理论水平。本文大体可以分为两个部分：①变频空调的EMI抑制以及单相升压有源PFC的一般研究；②矩阵式整流器的广泛研究以及开关函数特性的深入探讨，具体如下：(1)研究了几乎所有的可用于变频空调的无源PFC电路，其中包括双电抗器方案、三电抗器方案和谐振电抗器方案，使得在附加成本较低的前提下满足IEC61000—3—2谐波电流发射限值，同时满足输入功率因数一般都达到O．93，使得在2003年许多变频空调机种都及时地获得3c认证和CE认证资格，为企业的可

3、持续发展奠定了基础；(2)研究了电流连续模式的单相升压有源PFC电路的工作原理，其中包括电压闭环设计、电流闭环设计以及功率电感设计，利用控制芯片UCC3818、L165l、UC3854BN与L4981A／B等实现了多种单相有源PFC电路，对基于L4981AJB的有源PFC作了重点研究，包括交越失真、负载能力、电压调整度和效率等方面的指标，为进一步研究有源PFC一般性问题打下了基础；(3)研究了单相双重并联交错有源PFC电路的工作原理，提出了三种驱动方式(同步驱动、分频驱动与移相驱动)和两种功率电感型式(分立电感和耦合电感)，并基于有源PFC控制器L4981A／B和脉宽调制器SG3

4、525A给予了仿真和实现，结果表明，并联交错有源PFC电路校正效果良好，功率器件应力下降，其中分频驱动和移相驱动不必考虑均流问题，可以扩大有源PFC的输出功率等级，适合作为大功率单相有源AC-Dc变换器；(4)研究了单相升压有源PFC的共性问题，基于传统升压有源PFC原理提出了四类演化拓扑(桥前、桥后、桥中和倍压)，并进行了仿真与实验，发现它们可以采用相同的工作原理，某些变换拓扑还非常具有开发价值，如无桥PFC和桥前PFC等，为丰富单相有源升压AC／DC变换器理论和扩大其应用范围打下了基础。另外，经过分析，认为传统升压有源PFC的工作原理与单相仨相有源电力滤波器的UPF算法是一致

5、的：(5)研究了单相有源AC．DC变换器模块化设计问题，解决使用当中的散热、安装以及性能改善问题，为此设计了四种多功能单相有源AC—DC变换器模块，均进行了实验研究，已经作为变频空调的前级电路。功能包括启停能力、调压能力、压频转换与过载保护。四种模块是①基于PFC有桥功率模块PM52AUBZ060一l的单相有桥AC／DC变换器模块；②基于PFC控制器L4981B和单相桥堆的分立有桥单相AC／DC变换器模块；⑨基于PFC控制器L4981B和功率器件的分立单相无桥AC／DC变换器模块；④基于PFC控制器L4981B与无桥PFC模块PS51259一A的单相无桥AC／DC变换器模块。其中

6、第2种结构非常紧凑，负载功率达2．0kW，适合35机以下机种。第3种的功率器件采用铝基板，结构也比较紧凑，负载功率达4．OkW，适合大功率柜机；(6)研究了变频空调3C认证与CE认证的测试标准和测量方法，改进了变频空lI单相AC—DC竞换器及其在薯0用变频空调中应用的研究调各种PCB设计布局，增加了有利于EMI抑制的控制算法，先后使得各种定频空调、无源PFC变频空调获得产品认证资格，有源PFC变频空调也顺利达到了产品认证资格，测试样机为①交流变频空调--60柜机与②直流变频空调一35机，为后期高档交频空调产品的定型和出口奠定了基础；(7)研究了直接反电动势法转子磁极位置检测的梯形

7、波反电动势BLDCM传动控制系统在变频空调中的应用原理，并利用专用控制芯片ST72141实现了一种具有高性价比和高可靠性的热地型传动控制系统，解决了该控制系统的PwM调制方式选择与加速退磁问题。这种控制方案非常适合欧盟提倡的环保型新冷媒高压直流压缩机的变频空调，使得开发升压有源PFC电路成为唯一选择，为变频空调产品成功进入国际市场提供了一种电控设计方案：(8)研究了三相．三相MC的工作原理在三相矩阵式整流器中的应用问题，其中包括拓扑和开关函数矩阵，理论分析、仿真和实验结果表明，其