一种高效率单相AC-DC变换电路的设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言根据调整管的工作状态，稳压电源可分为两类，一是线性稳压电源，二是开关稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低，反应速度快，输出纹波小，工作产生的噪声低，但效率低，发热较大，间接地给系统增加热噪声。开关电源是相对线性电源，它直接将交流电流整流变成直流电，再在高频震荡电路作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感的帮助下，输出稳定低压直流电。由于变压器的磁芯大小与其工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小，这样就可以大大减小变压器的体积和重量。这种方式还有许多优点：一是稳压范围宽，在一定范围内输入电压变化时，输出电压稳定在某个值不变；二是效率高，由于采用开关震荡方式，热损耗减小很多，发热低；三是结构简单，相对于其他相同功率的电源，开关电源的体积和重量减小很多。因此，在众多的电子设备中，开关电源的使用已经相当普遍。2.课题的研究方法与技术2.1.开关电源简介目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。80年代，计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机电源、通讯设备电源、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。现在，开关电源产品已广泛应用于工业自动化控制，军工设备、科研设备、LED照明、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器、液晶显示器、数码产品等。开关电源高频化是其发展方向，高频化使其小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，使其向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。现代开关电源有两种：一种是直流开关电源，另一种是交流开关电源，我的设计用的是直流开关电源。直流开关电源又可分为AC/DC和DC/DC两类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但第2页AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种9。双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistorForwardConverter），双管反激式（DoubleTransistorFlybackConverter）、推挽式（Push-PullConverter）和半桥式（Half-BridgeConverter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-BridgeConverter）。隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。2.2.开关电源的总体设计从电网获取交流电经整流为各种电气设备提供直流电是一种常用的变流方案。但整流装置、电感、电容组成的滤波器中非线性元件和储能元件的存在使输入交流电流波形发生严重畸变，呈尖峰脉冲状，网侧输入功率因数降低。电网电流的畸变反过来影响电网电压，造成谐波污染。谐波的存在使电网中的元件产生附加损耗，会降低用电设备的效率；会影响电器设备的正常工作及其寿命；会导致继电保护和自动装置误动作，并使电器测量仪表计量不准确；会降低电网功率因数等一系列危害。由于电力电子装置是现在最主要的谐波污染源，这己经阻碍了电力电子技术的发展，它迫使电力电子领域的研究人员对谐波的污染问题要给出有效的解决方案。为了解决电力电子装置的谐波污染问题，基本思路有两条：一是装设谐波补偿装置来补偿谐波；另一条是对电力电子装置本身进行改造，提高输入端的功率因数。对于新型的电力电子设备，多采用后一种思路，即加入功率因数校正器，它的原理就是在整流器与负载之间接入DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使得输入端电流的波形跟踪交流输入正弦电压波形7，可使得输入端电流接近正弦波，从而使得输入端的谐波畸变率THD小，功率因数提高6。功率因数是电源对电网供电质量的一个重要的指标。许多发达国家率先采用了多种功率因数校正(PFC)方法，来实现“绿色能源”革命，并强制推行了国际标准IEC555-2、EN60555-2等，限制了电子生产厂家入网电气设备的电流谐波值。目前，有源功率因数校正(APFC)技术是解决谐波污染最有效的方法之一。从原理上说，任何一种DC/DC变换器拓扑都可用作PFC的主电路。但是由于BOOST变换器的特殊优点，应用于PFC更为广泛2。见图1所示，为设计原理框图。交流电压输入后，经过整流滤波电路变成直流电压，直流电压经过升压型的APFC（有源功率因数第3页校正）电路4，生成一个高于36V的直流电压，然后通过BUCK电路降压，形成最终输出的电压10。在此电路设计中，加入了输出端过流保护电路，使电路运行更可靠3。图1：原理框图3.结论采用PWM控制方式的整流器，能得到较好的单位功率因数，减少线电流畸变，实现能量的双向传输，是实现电力电子装置功率因数校正和谐波抑制的理想整流器。近年来，谐波污染的加重和相关谐波标准的制定和强制执行，为PWM整流器的研究和发展注入了动力。全控型电力电子器件的成熟和大容量化也为大功率PWM整流器的研制奠定了坚实的物质基础。Boost电路采用MC33262芯片作为PWM整流器，同时实现功率因数校正5。Buck电路采用SG3525作为PWM芯片，用SG3525可以方便的改变开关管的占空比，从而控制输出平均电压的大小1。第4页参考文献1.邓超平,凌志斌,杨喜军.新型的单相Buck电路实现功率因数校正J.上海交通大学学报,2004,38(8):1296-1299.2.毛明平,吴志红,陶生桂.基于MC33262的高功率因数AC/DC变换器研制J.同济大学学报,2004,32(5):672-675.3.田智文.一种带有保护电路的直流稳压电源的设计D.西安:西安电子科技大学,2011.1-72.4.丁南菊.基于单片机的功率因数检测电路设计J.科技风,2010,(23):218-219.5.陈伟.基于boost电路的有源功率因数校正设计R.山东:电子工业出版社,2012.2-32.6.张厚升,张晓斌,吴小华.单相Boost功率因数校正器的优化设计J.电力电子技术,2005,39(3):36-51.7.何安然.BOOST有源功率因数校正R.浙江:电子工业出版