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随着科技的进步,越来越多的电力电子设备用于工业生产和大众生活,导致电网谐波和无功损耗现象普遍存在,严重影响了同一电网的其它电子设备的正常工作,给工业生产和电网安全带来了巨大的隐患。国际电工委员会(IEC)制定了欧洲规范IEC61000-3-2,这一要求适用于绝大多数输入功率75W或以上的电器设备,同时它还规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最大幅度。我国也制定了相应的规范GB17625.1-1998、GB/Z17625.4-2000等。为了使电器符合相应标准,在开关电源中必须加入功率因数校正(PowerFactor Correction)以使其输入电流谐波满足柑应标准。功率因数校正技术已经成为目前电力电子技术的一个重要的研究方向。 在满足谐波标准的同时,为了降低开关电源的成本,提高变换器的稳定性和可靠性,对单级功率因数校正变换器的要求越来越紧迫,尤其是在中小功率应用场合。
本文对单级功率因数校正变换器和单周期控制方式作了较深入的研究,主要进行了以下几个方面的工作。首先阐述了电流谐波的概念、危害、目的和意义,介绍了有源功率因数校正技术的研究现状,对比了双级、单级PFC的优缺点,对各类单级PFC变换器的拓扑结构、工作原理进行了比较分析。详细介绍了PFC的控制策略,重点介绍了单周期控制方式。在此基础上,本文提出一种新型单级隔离PFC变换器拓扑,详细分析了电路的工作原理,建立了仿真模型,推导了系统传递函数,并给出仿真分析和仿真波形。最后把单周期控制方式在新拓扑中实现,通过以单周期控制芯片为主导的平均电流控制方式,设计了一台小功率、低成本和高功率因数整流器,分析了实验波形和EMI干扰问题,样机达到了预期的目标。理论分析和实验表明该变换器具有功率因数高,谐波小、成本低和体积小等特点。