有源功率因数校正技术的研究

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1、电子科技大学博士学位论文有源功率因数校正技术的研究姓名：潘飞蹊申请学位级别：博士专业：微电子学与固体电子学指导教师：陈星弼20040613摘要功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染，提高用电效率的一项有力措施。用电设备的功率因数是衡量其性能的一项重要指标，而提高功率因数的最根本途径就是采用有源功率因数校正技术。近年来，随着对用电设备性能指标要求的不断提高，这一技术成为电力电子领域研究的热点，并得到了广泛的实际应用。从本质上来讲，功率因数校正的目的就是要控制输入电流，使得用电设备的输入端

2、口仅从交流电网中汲取能量，而不要把任何能量反馈回交流电网，也就是说，要使用电设备的输入端口对交流电网呈“纯阻性”，保证输入电流和电网电压随时成正比。有源功率因数校正技术正是采用电力电子技术中各种基本变换器或其衍生结构，通过对能量传输的适当控制来实现这一目的。针对不同的应用场合，利用合适的拓扑结构、寻找最优化的控制策略，以及改进开关器件性能来提高电路的整体性能，都是有源功率因数校正技术的研究内容。本文对有源功率因数校正技术进行了一定的研究，主要工作是从开关变换器基本的拓扑结构和控制策略中的数学关系出

3、发，寻找简单的控制方式，并提出了以下三种新的控制方案：1、基于Buck．Boost变换器工作的原理，提出了一种功率因数校正和半桥输出相结合的电路结构。该电路能够利用电压跟随的方式实现功率因数校正，同时也能保证半桥输出为标准的方波。由于该电路能够实现降压输出，因而降低了对所有功率开关管的耐压要求，有利于提高变换器的转换效率和降低成本。2、利用电容和电感共同的线性特点，提出了一种Boost型功率因数校正电路变频控制的简单实现方法：用一个电容上的积分电压值来模拟表示电感电流值，从而消除了传统控制电路中的

4、模拟乘法器和电流检测环路，并且将传统控制方法中的电流电压双环反馈控制简化为电压单环反馈控制。该控制方案适宜于CMOS集成工艺制备PFC专用控制芯片。3、在对Boost型功率因数校正电路电流滞环控制方法的数学分析基础上，提出了利用恒导通时间控制技术来确定电感电流的上限，利用平均电感电流的信号来控制电感电流的下限，以实现功率因数校正的方法。在这种控制方法下，用一只RC低通滤波器就可以代替传统控制电路中由模拟乘法器和输入电压检测环i路来实现的功能，因此整个控制电路的设计大为简化。进一步，本文对所提出的第

5、二种控制方案的集成化没计进了初步的探讨。最后，本文对开关变换器中续流用快恢复二极管进行了一些研究，提出快恢复二极管中少子寿命横向非均匀分布结构，并利用普通的p+nil+二极管芯片，通过Si02屏蔽层对深能级杂质进行选择性地扩散，制备出了掺Au、掺Pt的具有这种新结构的快恢复二极管。实验测试结果发现，这种新结构的快恢复二极管具有十分良好的反恢时间一温度稳定特性。通过二维解析分析和计算，引入“平均寿命”的概念解释了这种稳定特性。这些工作结果对功率因数校正技术的研究和应用具有一定的价值。关键词：功率因数

6、校正，Buck-Boost变换器，Boost变换器，快恢复二极管，反向恢复恢时问ABSTRACTPower-Factor—Correction(PFC)isastate—of-arttechniqueforreducingharmonicdistortionandincreasingthepowersupplynetworkefficietacy．Power-Factor(PF)isoneofthequalityindicesofelectricequipment，andtheActive—Pow

7、er．Factor-Correction(APFC)techniqueisthefundamentalwaytoimproveit．Inrecentyears，withthestricterqualityrequirementofelectricequipment，thistechniquehasbecomethefocusinthepowerelectronicsresearchfieldandhasbeenwidelyapplied．TheessenceofPFCtechnologyistos

8、hapetheinputcurrentofelectricalequipment，andtotakepowerfromthesupplynetworkbutnottogiveanyback．Inotherwords，theinputimpedanceshouldpresenttotheACsonrcearesistiveload，andtheinputcurrentshouldbeproportionatetotheACvoltageinstantaneously．Usingpow