西南科技大学毕业设计开题报告.doc

个人收集整理 勿做商业用途西南科技大学毕业设计(论文)开题报告学 院信息工程学院专业班级 电气1001姓 名学 号 题 目基于MATLAB的有源功率因数校正系统的建模与仿真题目类型研究型一、选题背景及依据(简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义,列出主要参考文献） 1。1选题背景及研究意义 1.1.1选题背景 随着电子科学技术的飞速发展，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波的危害十分严重.谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。伴随着信息时代对电能质量的高要求, 电网谐波污染的治理问题受到了越来越多的关注， 功率因数校正技术也日益成为研究热点.功率因数校正电路分为有源和无源两类.无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成，可以使功率因数提高到0.70。8。有源校正电路体积小、重量轻，可使功率因数接近1，比无源功率因数校正电路效率高.APFC电路是在整流器和负载之间接入一个DCDC开关变换器，应用电压电流反馈技术,使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形，从而使输入电流的波形也接近正弦波,达到提高功率因数的目的。该电路的工作原理如下:单相交流电经过整流后得到单相双半波正弦电压信号，此电压波形作为功率因数校正控制器的输入电流的参考波形,输入到模拟乘法器，为了保证输出电压恒定，将输出电压通过电压反馈网络也引入乘法器，经过乘法器运算后，其结果作为电流波形的参考值，并与实际取样的电流值进行比较，然后通过驱动电路产生的驱动信号控制DC/DC变换器的输出电流和电压.由于采用了闭环控制,将DC/DC变换器的实际电流通过反馈网络引入电流比较器,从而保证了DC/DC变换器的电流能够准确跟踪乘法运算所规定的电流值。 APFC原理框图1.1.2研究意义 有源功率因数校正技术是提高功率因数，减少整流电路谐波的重要手段,能够使输入电流成为与电网电压同相位的正弦波,使整流电路基本不产生谐波。因而成为目前电力电子学领域研究的热点。APFC技术的研究有着如下诸多意义： 第一，APFC技术的作用和重要性得到广泛认可，如何提高功率因数是目前电力电子领域的持续热点。 第二，实际用电设备中，采用APFC技术来提高功率因数与效率，提高用电设备的可靠性,对于提高产品的竞争力具有重要意义。 第三，APFC技术的研究，有助于减少电网污染和能源浪费,符合我国倡导的环境友好型、资源节约型社会的要求.1。2 国内外研究动态及发展趋势 有源功率因数校正技术的研究集中在电路拓扑，控制策略,建模分析等方面。其中电路拓扑的研究除了电力电子技术中的基本变换器结构外， 还针对一些特殊的拓扑结构, 利用这些拓扑结构本身特性来构成所需要的P FC变换， 以实现提高电路性能， 降低成本的目的。控制策略的研究则主要是针对特定的拓扑结构, 通过不同的数学和建模分析, 寻找最优或最合适的控制方法, 以提高整体电路的性能， 简化控制电路， 降低成本.另外, 通过对开关器件性能的改进，也可以从整体上提高电路的性能。 在实际应用中， 针对不同的应用场合， 对有源功率因数校正电路的要求也是多种多样的。Boost型电路以其控制简单， 电流纹波较小等优点得到了广泛应用, 从实现PFC的控制策略上来看, 又以DCM模式下的变频控制法和CCM模式下的平均电流控制法应用最为广泛, 并且在市面上己经有了商用的PFC控制芯片出售。 1。3 参考文献1 王兆安，黄俊.电力电子技术M。机械工业出版社.20072 张森，张正亮 . MATLAB 仿真技术与实例应用教程M。 机械工业出版社。20043 周志敏，周纪海.纪爱华.开关电源功率因数校正电路设计与应用M。 人民邮电出版社。20044 糜晓宇。有源功率因数校正电路在Boost 电路型电路中的应用研究D.河北工业大学硕士论文，20075 牟述佳,姜学东。基于MATLAB 的有源功率因数校正器设计J。理论与研究。2007,第10 期6 郦强,邓焰，何湘宁. 不同控制策略的小功率Boost-APFC 性能研究J.电力电子技术7 刘晟.有源功率因数校正的新型控制策略研究.D.河海大学硕士学位论文,20078代国定，马晓辉,欧健,薛超耀，马任月,卢晶。 一种Boost型APFC控制芯片的设计与实现 , 西南交通大学学报， 2012 (06）。 9刘夏青,亢敏. 高功率因数Boost-APFC电路仿真分析J. 西安工业大学学报。 2010（01）10 张恩利，侯振义。有源功率因数校正主电路拓扑结构综述J.电源世界,2004（1）:1014.11 杨倩，牛鸣德.有源功率因数校正（APFC）技术综述J.中国西部科技(学术），2007(9):1214。12贲洪奇、张继红。开关电源中的有源功率因数校正技术.机械工业出版社,2010。5二、主要研究（设计)内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程2。1设计要求 1. 基于 CCMBOOST 方式实现功率因数校正，输入功率因数达到 0。99. 2。 输出直流电压：400V，输出功率 250W. 3. 建立功率因数校正电路 Matlab 仿真模型或者simulink 模型。 4。 进行仿真，得到交流侧输入电压电流波形。2.2 设计思想 本课程设计要求用CCM-BOOST方式实现功率因数校正。CCM模式下工作的BOOST型PFC电路有三种工作方式:电流峰值控制法、平均电流控制法和滞环电流控制法，主要体现在控制系统结构上的区别。2。2.1 电流峰值控制法在这种控制方式下,首先由整流桥输出电压的检测信号和电压环误差放大器输出信号的乘积产生基准信号；然后用开关管电流取样信号与此基准信信号时，开关管导通；当开关管电流取样信号的峰值大于基准信号时,开关管闭合.通过这种方式使输入电流的峰值包络线跟踪输入电压波形,可使输入电流与输入电压同相，并接近正弦。 峰值电流控制原理图和峰值电流控制时电感电流波形 峰值电流控制的优点：（1)电路简单，易于实现；（2)不需要电流信号误差放大器以及相应的补偿网络。 峰值电流控制的缺点：（1)电感电流的峰值ip(它是控制的基准）与高频状态空间平均值之间的误差,在一定条件下相当大，以至无法满足使THD很小的要求；(2）电流峰值大,开关管的电流应力也大；(3)高次谐波振荡在每个周期里所占比例超过了50%，为此需要加入一个斜坡补偿;（4）输入电流畸变在高的线电压或轻载情况下会变严重，但斜坡补偿的引入会使这种情况变得更糟糕；（5）电感电流的峰值对噪声相当敏感。2.2。2 平均电流控制法平均电流控制又称三角载波控制，是在峰值电流控制基础上发展起来的一种电流控制方法,为双环控制系统，即用一个电压环和一个电流环进行控制。电流环有较高的增益带宽，跟踪误差小,瞬态特性较好。平均电流控制利用了乘法器校正技术，可应用在任意电路拓扑上，是目前APFC中应用最多的控制策略,其功率因数可以达到0.99以上. 平均电流控制原理图和平均电流控制时电感电流波形 平均电流控制的优点： (1）开关频率恒定； （2)不需要斜坡补偿； （3)由于电流经过滤波，这种控制方式对整流噪音的敏感性减弱；(4) 可以获得很好的输入电流波形，由于在电流接近零点时输入电压过零点，所以占空比可以设计成接近1，这样就缩短了输入电流的死区时间。 平均电流控制的缺点： (1）必须要对电感电流进行采样； (2)需要一个电流误差放大器,它的补偿网络设计必须考虑到变换器在整个电压周期内不同的工作点。2。2。3 滞环电流控制法这种控制方式有两个正弦电流基准，高的基准用来限制电感电流的峰值，低的基准则是用来限制电感电流的谷值。开关管在电感电流低于较低基准时开通，在高于较高基准时关断。这是一种不定频率的控制，也是工作在电感电流连续的情况下。 滞环电流控制原理图和滞环电流控制时电感电流波形 滞环电流控制的优点： （1)不需要斜坡补偿； (2）输入电流谐波含量少. 滞环电流控制的缺点: （1）开关频率不恒定； （2）必须要对电感电流进行采样；(3）易受到整流噪音的干扰。2.2。4 UC3854简介 UC3854是一种有源功率因数校正专用控制电路，它可以完成升压变换器校正功率因数所需的全部控制功能， 使功率因数达到0.9 9 以上， 输入电流波形失真小于5.适用于任何的开关器件；采用通用的工作模式，无需开关；采用平均电流控制模式，噪声灵敏度低；启动电流低;具有高精度基准电压和精确的参考电压。 UC3854的内部框图2.3 方案选择平均电流控制的主要特点是用电流误差放大器 CA 代替电流比较器，以输入整流电压和电压误差放大输出信号的乘积为电流基准;并且电流环调节输入电流的平均值，使与输入整流电压同相位，并接近正弦波。输入电流信号被直接检测，与基准电流比较后，其高频分量的变化通过电流误差放大器，被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后给控制开关管Tr 驱动信号，并决定了其应有的占空比，于是电流误差迅速而精确地被校正.由于电流环有较高的增益-带宽，使跟踪误差产生的畸变小于1%，容易实现接近1 的功率因数。在该控制方式下,电感电流信号与锯齿波信号相加。当两信号之和超过基准电流时,控制开关管关断，当其和小于基准电流时，控制开关管导通。平均电流控制利用了乘法器校正技术，具有电流及电压双环控制、噪声抑制能力强、无须斜坡补偿等优点，是目前APFC 中应用最多的一种控制策略。可以选用利用平均电流法控制的BOOST升压变化器进行电路设计，并使用UC3854对电路进行控制。 主体电路图三、毕业设计（论文）工作进度安排1）第一阶段(2014.1.1 - 2014.1.31）:收集和阅读相关文献资料，了解国内外有源功率因数校正方面的发展和研究趋势；分析题目要求，对课题有相应的了解；2）第二阶段(2014.2.1- 2014.2.28）：对MATLAB/SIMULINK仿真软件的学习，为毕业设计做好准备；3）第三阶段（2014.3.1 - 2014。3.31）：完成有源功率因数校正电路的仿真模型;4）第四阶段(2014。4 - 2014 。5）：通过校正电路的仿真,得到电压电流的波形，验证研究的可行性;同时撰写毕业论文；5）第五阶段 （2014 。 5- 答辩时间)：论文送审，完成毕业设计答辩。指 导教 师意 见指导教师签字_ 年 月 日院 系毕 业设 计领 导小 组审 核意 见难 度综合训练程度是否隶属科研项目 教学院长（公章)_ 年 月 日备注：1、“题目类型”分为： 研究型、设计型和应用型等。2、题目“难度”分为: A、B、C、D四个等级。3、“综合训练程度分为： A、B、C三个等级。