交错式pfc原理,交错并联pfc设计原理

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-18 03:26:59

随着社会和科技的发展,电力电子设备被广泛用于人们的生产生活,由此导致电网输入侧电流畸变,谐波污染和功率因数降低等问题日益严重[1]。采用功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术能有效解决这些问题。随着PFC技术研究的不断深入,无桥PFC和交错并联Boost PFC等新拓扑被提出[2-4]。其中,交错并联Boost PFC变换器可以降低器件应力、减小输入电流纹波幅值,有利于减小电感体积和提高功率等级,具有重要的研究意义[5-6]

交错并联Boost PFC变换器按电感电流是否连续可分为CCM、DCM和CRM三种工作模式。相比于CCM和DCM模式,CRM模式具有二极管无反向恢复,开关损耗和器件应力较小等优势[7],主要用于中小功率场合。变换器工作在CRM模式时,通常采用电流互感器来检测电感电流,或者通过检测电感辅助绕组上的电压,得到控制开关管导通的电感电流[8-11]。但这些方法增加了电路的体积、成本和设计难度。此外,电感电流降为零之后,电感和MOS管寄生电容谐振会使电感电流进一步下降[12],导致电感电流平均值偏低,产生输入电流波形畸变的现象。

本文针对上述问题,在对交错并联CRM Boost PFC变换器工作原理分析的基础上,提出了一种新的控制方法,通过新型开关管电压检测电路对MOS管漏源电压进行检测,得到控制开关管导通的过零信号ZCD,并采用开关管导通时间补偿策略。该方法简单高效,实现了开关管的零电压开通或谷底开通,提高了电感电流平均值,具有使变换器开关损耗小,输入电流THD小等优点。最后,搭建了一台800 W的样机进行了实验验证。

1 交错并联CRM Boost PFC变换器工作原理

交错并联Boost PFC变换器的拓扑结构如图1所示,它由整流桥,升压电感L1、L2,开关管S1、S2,二极管VD1、VD2,输出电容Co和负载组成,可以看作是两相参数相同的Boost PFC电路并联而成。

交错式pfc原理,交错并联pfc设计原理(1)

交错并联Boost PFC变换器工作在CRM模式时的电感电流理想波形如图2所示。两个开关管的驱动信号相位相差180°,两路电感电流波形相位相差180°,电感电流峰值包络线为正弦。采用交错并联技术具有降低器件应力、减小输入电流纹波幅值、提高输入电流纹波频率等优点。

交错式pfc原理,交错并联pfc设计原理(2)

交错并联Boost PFC变换器中两相Boost PFC电路的工作原理相同。为了简化分析,在一个开关周期内,介绍单相Boost PFC电路工作在CRM模式时的工作过程,如图3所示。工作过程可分为5个阶段。

交错式pfc原理,交错并联pfc设计原理(3)

(1)[t0~t1]阶段:t0时刻,MOS管S1导通,输入电流经整流桥给电感L1充电,电感电流iL1线性上升。同时,电容Co向负载提供能量。t1时刻, MOS管S1关断。该阶段方程为:

(2)[t1~t2]阶段:MOS管S1关断后,电感L1和MOS管寄生电容C1发生谐振,电感电流对C1充电。由于上阶段S1导通,C1两端电压为0。谐振开始后,C1充电,当uC1=Vo时,谐振结束。

(3)[t2~t3]阶段:t2时刻,二极管VD1导通,输入电压和升压电感向负载提供能量,电感电流iL1线性下降。t3时刻,电感电流降为0。该阶段方程为:

(4)[t3~t4]阶段:电感L1和MOS管寄生电容C1发生谐振。由于上阶段S1关断,C1两端电压为Vo。谐振开始后,C1放电,当uC1=0时,谐振结束。该阶段方程为:

交错式pfc原理,交错并联pfc设计原理(4)

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