一种低谐波高效率CRM BOOST PFC变换器

为了在解决临界导通模式(CRM)中Boost功率因数校正变换器半负载时输入电流总谐波失真率(THD)与变换器运行效率之间的性能矛盾问题,在传统谐振时间控制的基础上提出了一种部分谐振时间控制方法,分析了部分谐振时间控制法对输入电流THD及变换器运行效率的改进效果;通过适当调整反向谐振时间,并由数字信号处理器DSP28032发出控制信号,决定开关管的开通时刻。最后搭建了一台400 W单相CRM Boost PFC变换器实验样机,实验结果表明,所提控制方法能在有效降低THD值的同时保证变换器的工作效率。

不同负载条件下DICM Cuk PFC变换器稳定性分析

重点分析了系统负载变化时,不连续电感电流模式Cuk功率因数校正PFC(power factor correction)变换器稳定性的变化情况。在变换器工作特性的基础上,根据谐波平衡法和Floquet理论分析,研究结果表明:当负载电阻变小时,即系统由轻载到重载变化时,系统发生了工频频率上的倍周期分岔。给出了系统发生倍周期分岔时的电阻,以及在输出电感、输入电压产生改变时和负载电阻共同构成的系统不稳定与稳定的边界区域图,基于输入电感电流-输出电压的相轨图和输出电压的谐波分析谱,更好地观察到系统的动力学行为。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

谷值V2控制Boost PFC变换器快时标分岔现象抑制

为抑制Boost PFC变换器中的快时标分岔现象,采用频闪映射的方法对变换器建立数学模型,通过MATLAB/Simulink仿真软件绘制出电感电流的时域波形图和频闪采样图进行分析。施加谷值V2控制对变换器中的快时标分岔现象进行抑制,将传统斜坡补偿控制快时标分岔和谷值V2控制进行比较分析,仿真结果表明:在同等参数条件下谷值V2控制的控制效果较优于斜坡补偿控制,且谷值V2控制具有瞬态响应快、工程应用实现简单等优点。

一种带滤波结构的三电平PFC变换器拓扑结构研究

针对传统的功率因数校正(PFC)电源系统功率密度低、电压纹波大等缺点,该文提出了一种带滤波结构的三电平PFC变换器拓扑结构,用于抑制电压纹波并减小电源模块体积,提高功率因数校正电源系统的性能。通过理论计算和仿真分析,对整流器直流侧电压进行了对比,结果表明这一拓扑能够滤除90%的电压纹波,提高了整流器电压的精度与稳定性,仿真实验结果也验证了这一拓扑结构的可行性。

基于有源功率解耦的小电容PFC变换器

针对传统大容量电解电容PFC电路可靠性低、寿命短的缺点,论文研究了一种基于功率解耦的高可靠PFC变换器。它采用具备小容量薄膜电容的有源功率解耦电路替代传统PFC变换器的大容量的电解电容,通过控制有源功率解耦电路实现电容电压互补,从而有效避免电网二倍频脉动功率导致的母线电压脉动,同时提高PFC变换器的可靠性和使用寿命。论文详细分析了有源功率解耦电路工作原理,推导其数学模型,提供了电路参数的设计思路。最后,通过MATLAB软件仿真比较和验证该电路的可靠性。

Boost PFC变换器直流母线电容等效串联电阻和容值的一种在线监测方法

电解电容是电源系统中易失效的元件,在线监测其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)和电容值(capacitance,C)的变化十分关键。该文提出一种新的非侵入式在线监测升压(Boost)功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器直流母线电容ESR和C的方法。通过分析直流母线电压,建立了ESR和C的实时在线计算模型。该方案无需额外的电流传感器,通过采样直流母线纹波电压和交流输入电压,结合电感电流信号,就可监测不同工作状态下的ESR和C,完成一台监测系统原理样机并进行实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

一种可工作于CCM模态的高效图腾柱无桥PFC变换器

提出一种具有零电压开通(zero-voltageswitching,ZVS)和零电流关断(zero-current switching,ZCS)的可工作于CCM腾柱式无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)电路拓扑。该拓扑在传统图腾柱无桥PFC的基础上,通过增加辅助谐振支路来实现功率开关管(MOSFET)的ZVS导通,同时辅助谐振支路亦可有效地抑制其体二极管电流的di/dt,实现ZCS关断,极大地缓解了MOSFET体二极管反向恢复问题;工作在电流断续模态下的辅助谐振支路,其开关管均能实现零电流开通,变换器的所有开关管均工作在软开关状态。该拓扑克服传统硅基图腾柱无桥PFC的MOSFET体二极管反向恢复问题,以及只能工作在电流断续导电模式或临界导电模式的限制,拓宽其工作范围,与传统图腾柱式无桥PFC电路相比,有更高的效率和功率密度。基于对所提出变换器的工作原理和稳态特性的分析,设计一台实验样机,实验结果验证了该拓扑方案的可行性和有效性。

平均电流控制的Boost PFC变换器最恶劣传导EMI频谱分析

平均电流控制的Boost PFC变换器可能工作于电感电流在半个工频周期内全连续、部分断续和全断续的模式,且不同工作模式下,变换器的传导EMI频谱存在差异。为了分析变换器的最恶劣传导EMI频谱并简化EMI滤波器的设计,首先给出变换器不同工作模式的输入电压和负载条件,并给出开关管漏源极电压的波形。通过分析开关管漏源极电压的各次谐波幅值特性指出,传导EMI开关频率基波的最恶劣情况出现在电感电流全连续的工作模式下,其它次谐波的最恶劣情况出现在负载较轻的条件下。

单周控制新型Buck-PFC变换器

针对传统直接电流控制Boost-PFC变换器存在着输出电压高、检测量多、控制电路复杂等问题,提出了一种基于单周控制技术的新型Buck-PFC变换器。该变换器主电路拓扑结构新颖,控制电路简单,与传统的直接电流控制相比,不需要检测变换器输入和输出电压,去除了电压传感器和乘法器,响应速度快、精确度高。最后给出了变换器的仿真和实验结果,结果表明校正后功率因数接近1,总谐波失真度低,验证了所提出的变换器拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。

峰值电流控制的PFC变换器快时标分岔控制

峰值电流控制方式是PFC开关变换器的一种常用方式,由于输入电压的时变性造成在输入交流电压过零点处出现输入交流电流的快时标分岔现象,该现象会严重影响PFC变换器的性能,因此采用一种合理有效的分岔控制手段是非常重要的。文中深入分析了峰值电流控制PFC变换器工作原理,从理论上分析了PFC变换器出现快时标分岔现象的根源。在谐振分岔控制理论的基础上提出了一种比较有效的控制器参数选择方法,可以较好地实现PFC变换器的快时标分岔控制,因此改善了PFC变换器的性能。理论结果得到了数值仿真分析和实验的验证。

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路,将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联,谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流,有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗,箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现 ZVS 开关,变换器具有电压应力较低的特点。该文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件,研制了一台 1kW 最小电压有源箝位功率因数校正变换器。

单级PFC变换器中的Hopf分岔

由单级PFC变换器的精确状态方程出发,通过数值仿真观察该变换器中的低频振荡现象。仿真结果表明,低频振荡现象的发生会增加输入电流的总谐波畸变,从而降低系统的功率因数。通过简化分析发现,低频振荡实际上是由系统后级的Forward变换器发生了Hopf分岔而引起,并据此给出系统的稳定性边界。最后进行了实验研究,验证了仿真和分析结果。本研究有助于更好地理解单级PFC变换器中的非线性动力学行为,对该类系统的设计具有一定的指导意义。

宽输出电压范围集成Buck型无桥PFC变换器

提出一种集成Buck型无桥有源功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制方法。变换器能够工作于升压模式或降压模式,使得直流侧电压能够在宽范围内调节;采用载波层叠脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制策略,使变换器能够根据网侧电压和直流侧电压的大小关系能够自动工作于单级模式或准单级模式,集成Buck变换器仅需处理部分功率,大部分功率只需经过单级变换,且在直流电压低于电网电压峰值时实现三电平输出,有效减小了导通和开关损耗,提升了整体效率。文中详细分析变换器的工作原理、控制策略及特性,通过实验验证所提出的集成Buck型无桥PFC、变换器及其控制方法的正确性和有效性。

单相PFC变换器功率因数的数字分析方法

以临界导通模式(BCM)Boost PFC变换器为研究对象,分析了输入电流的过零畸变现象,并得到了输入电流时域模型以及该模型下功率因数的数字分析方法。制作了一台200W的PFC样机。实验结果显示,基于此数字化功率因数分析方法计算出来的结果和利用功率分析仪测出来的功率因数的相对误差在1%以内。

一种单级全桥PFC变换器电压尖峰抑制方法

针对传统单级单相全桥功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器在换流过程中存在较高母线电压尖峰的问题,提出一种在其母线上并入改进型RCD(resistance capacitance diode)箝位环节的方法加以抑制。在深入研究箝位环节对母线电压尖峰抑制机理的基础上,对改进型RCD箝位环节的能量传输过程进行分析,得到峰值电压与箝位环节参数之间的定量关系,进而给出箝位环节各参数的设计方法,并对所提出方法进行性能测试,讨论箝位环节各参数对母线电压尖峰抑制效果以及变换器性能的影响规律,实验结果表明所提出方法可在不影响功率因数校正效果的情况下有效控制母线电压峰值,实现电压尖峰的抑制。

不连续导电模式Boost PFC变换器中快尺度不稳定性研究

导出了不连续导电模式Boost PFC变换器的异步切换映射数值模型。数值模拟发现,系统在输入电压周期里会出现快尺度边界碰撞分岔现象。通过研究电路系统模式的切换临界角的变化对快尺度不稳定性现象进行了详细的描述,同时分析了快尺度不稳定性对器件应力及系统功率因数的影响,给出了系统稳定性随一些参数变化的稳定性区域图。最后,实验验证了这种快尺度不稳定性现象的存在。这些结果对于实际电路的设计具有重要的参考价值。

二次型Boost PFC变换器参数设计及控制研究

二次型Boost PFC变换器仅使用一个开关管即可实现与占空比成平方关系的电压增益,实现宽输入电压,其在新能源领域具有广阔的发展前景。本文对二次型Boost PFC工作原理进行了详细分析,采用状态空间等效模型,对二次型Boost PFC变换器的工作模态进行分析,建立相应的扰动模型。根据两个电感电流,对二次型Boost PFC变换器的工作区域进行划分,为其参数设计和控制采样信号提供理论依据,为变换器的分析和应用奠定了基础。通过样机实验验证了理论的正确性。

一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略

单相单级全桥PFC变换器变压器双向励磁,具有功率密度高和电气隔离等特点,适用于中大功率场合,但该变换器由于其工作方式的特殊性,存在特有的变压器偏磁现象。通过对单级全桥PFC变换器的工作原理与变压器偏磁产生机理进行分析,得出每1/4工频周期内磁化曲线中心点偏移情况,并递推得到偏移量的最大值。在此基础上,提出一种正负半周对称的数字抑制策略,通过设计开关管的时序,使每个开关周期内变压器正负向励磁时间相等,进而消除了变压器偏磁;与传统偏磁抑制方式相比,该策略不增加电路的复杂程度与系统的体积、重量,实现较为容易。最后,通过搭建额定输出电压/电流为48V/12A的样机验证了所提出的偏磁抑制策略的可行性。

两种前级Boost PFC变换器的比较研究

中大功率的LED照明驱动器一般都包含前级Boost PFC变换器。全面比较两种常用的前级Boost PFC变换器——采用SiC二极管的电流连续模式(CCM)的Boost PFC变换器和采用Si二极管的交错并联临界模式(CRM)的Boost PFC变换器。480 W LED照明驱动器样机的实验结果表明:在后级DC-DC变换器相同的情况下,前级采用SiC二极管CCM Boost PFC变换器的样机的THD和PF性能更优越、成本更低、体积更小,而前级采用交错并联CRM Boost PFC变换器的样机的电感电流纹波更小、效率略高。

Boost PFC变换器的离散滑模控制

针对单相AC/DC Boost变换器,提出基于离散滑模变结构电流内环控制与数字PI调节器电压外环控制相结合的综合控制系统。其中离散滑模控制器采用在滑模面设计中对系统施加期望动态响应的方法来得到控制器的主要参数。另外,数字控制可以使开关切换采用固定的开关频率,消除了传统滑模控制因切换频率不固定带来缺陷。仿真实验结果表明,这种控制系统设计兼有滑模控制动态性能、鲁棒性好与PI调节器稳定性好的优点。