混合工作模态的高功率因数无桥Buck PFC变换器

AC-DC降压型功率因数校正PFC(power factor correction)变换器广泛应用于低压场合,为解决该类拓扑因输入电流死区导致功率因数PF(power factor)低、输入电流总谐波THDi(total harmonic distortions of input current)高的问题,首先引入Buck-Boost单元以构建1种高PF的混合工作模态降压型无桥PFC变换器,其在正、负半个工频周期分别工作在Buck和Buck-Boost模式。虽然Buck-Boost单元效率低于Buck单元,但所提变换器在负半工频周期运行于Buck-Boost模式,可以避免输入电流死区以提高PF并降低THDi。在正半工频周期运行于Buck模式,变换器仍保留Buck单元的高效率优势。其次,通过分析所提无桥变换器工作模态与PF值来证明变换器的高PF特性。最后,通过仿真实验,验证所提变换器的可行性和理论分析的正确性,并比较所提变换器与传统Buck PFC变换器的性能。

Buck型单开关整合式功率因数校正变换器

传统的Buck功率因数校正PFC(power factor correction)变换器存在谐波电流大的缺点,限制了其应用范围。提出并分析了一种Buck型单开关整合式功率因数校正变换器。该变换器由一个Buck PFC变换器和一个Buck-Boost PFC变换器通过一个开关管整合而成,简化了控制;同时,采用恒导通时间控制,消除了Buck PFC变换器输入电流的死区;结合Buck和Buck-Boost变换器的优势,在全输入电压范围下可以实现高功率因数和高效率。介绍并分析了该变换器的电路结构、工作原理、稳态特性以及设计思路,最后,搭建了一台56 W的实验样机,验证了分析结果的正确性。

基于二次型Buck PFC变换器的无频闪无变压器LED驱动电源

提出了一种基于二次型Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的无频闪无变压器LED驱动电源,分析了其工作原理和工作特性。它由共用一个开关管的两个Buck变换器级联构成,其中前级Buck变换器实现PFC功能,后级Buck变换器调节LED电流。该电源无需使用高降压比的变压器也可以驱动低正向导通电压的LED,它只使用一个控制器不仅实现了PFC功能,而且极大的降低了流过LED的二倍工频电流纹波,从而实现无频闪。最后通过7W的实验样机验证了理论分析的正确性。

单级Boost桥式PFC变换器的Buck启动策略研究

单级桥式功率因数校正(power factor correction,PFC)AC/DC变换器结构特点,导致启动过程中输入电感中电流较大,容易发生过流,影响系统的可靠性。结合有源钳位单级PFC变换器结构特点,提出一种基于Buck模式的启动策略,通过改变启动过程中开关管的开关时序,有效抑制输入电感过流。该策略具有不增加主电路复杂程度、不改变电路正常工作状态、不影响系统性能等优点。介绍启动过程,建立简化模型,并在此基础上分析启动过程中输入电感电流的变化情况,设计启动占空比,最后进行实验研究。实验结果验证了理论分析的正确性,表明该策略能够有效抑制单级桥式PFC变换器启动过程中输入电感过流。

AC/DC Buck-Boost PFC变换器滑模变结构及PI调节器综合控制

以AC/DCBuck-BoostPFC变换器为主拓扑,提出滑模变结构电流内环控制与PI调节器电压外环控制相结合的综合控制系统,以实现变换器高性能的单位功率因数校正。仿真和实验研究结果表明,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。

DCM Buck-PFC电路的临界电感与波形畸变

研究了Ｂｕｃｋ 变换器用于功率因素校正时输入电流波形的畸变，找出了功率因数及波形畸变的决定因素；分析了Ｂｕｃｋ－ＰＦＣ电路的工作原理和临界条件，并推导出了临界电感的计算公式，为工程设计提供了计算依据；最后还给出了一个设计实例及其仿真和实验结果。

输出电压纹波控制两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器

研究了两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的工作原理,为了简化两开关PCCM Buck-BoostPFC变换器的控制器设计,在分析单相PFC变换器输出电压纹波的基础上,提出了输出电压纹波反馈控制算法。该算法采样PFC变换器的输出电压,通过计算得到输出电压纹波值来实时调整电流控制环的补偿系数,无需增加额外的硬件电路,利用数字信号处理器的编程方式即可实现。仿真与实验结果表明,当负载功率发生大范围变化时所设计的系统具有快速动态响应能力。

适用于低电压输出的单级式无桥buck-boost PFC变换器

传统的boost型功率因数校正变换器需要额外1级DC-DC变换器才能实现低电压输出,而buck型拓扑由于在电网电压低于输出电压时没有输入电流而导致电流畸变很大,因此buck-boost型拓扑就成为在低电压输出场合实现单级式功率因数校正的优先选择。相较于经典的级联式buckboost功率因数校正变换器,文中所提出的单级式无桥buck-boost拓扑所需的半导体器件数量更少,且导通回路中的功率器件个数也大大减小,从而可以降低导通损耗;加上引入了耦合电感提高了电压衰减率,因此特别适合低电压输出场合;采用了单周期控制作为功率因数校正的控制方法,具有更好的动态性能,而且电路实现中无需乘法器,还可以进一步简化控制电路、降低成本。仿真结果表明,所提的拓扑工作原理可行、结构简单;采用单周期控制实现的功率因数校正功能可靠、电流畸变率低、功率因数高。

高功率因数的电容串接式交错并联Buck PFC变换器

针对传统Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电流死区角问题,提出一种高功率因数的电容串接式交错并联Buck PFC变换器。通过有效调节中间储能电容的充放电时间,对一个开关周期内向负载传递的能量进行有效控制,实现超高降压比特性,即超低电压输出,从而改善输入电流死区角。中间储能电容工作于电容电压断续模式(discontinuous capacitor voltage mode,DCVM),实现自动功率因数校正功能,且该电容电压峰值被钳位于输入电压,没有增加开关管的电压应力。此外,DCVM模式实现该变换器功率开关管的软关断和二极管的软开通。该文对所提变换器的工作模态、性能特性和参数设计原则进行详细分析。最后,搭建220V交流输入、60W/15V输出的样机实验平台,验证所述理论分析的正确性。

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。

变导通时间控制临界连续模式反激PFC变换器

提出了一种变导通时间(variable on-time,VOT)控制临界连续模式(critical conduction mode,CRM)反激功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的控制策略。引入输入电压和反激变压器辅助绕组电压参与CRM反激PFC变换器开关管的导通时间控制,解决了传统恒定导通时间(constant on-time,COT)控制CRM反激PFC变换器功率因数(power factor,PF)低和总谐波畸变(total harmonic distortion,THD)高的问题。分析传统COT控制CRM反激PFC变换器和VOT控制CRM反激PFC变换器的工作原理,实验验证结果表明,VOT控制CRM反激PFC变换器比传统COT控制CRM反激PFC变换器具有更高的PF值和更低的THD。

单开关Buck-Flyback功率因数校正变换器

针对传统Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电流谐波分量高的问题,提出一种单开关Buck-Flyback PFC变换器。它由Buck PFC变换器与Flyback PFC变换器的输入和输出分别并联并合并主开关管而构成。当输入电压低于输出电压时,变换器工作于Flyback模式,消除了传统Buck PFC变换器的输入电流死区,进而降低了输入电流谐波。分析工作在断续模式的单开关Buck-Flyback PFC变换器的输入电流特性,理论分析表明,该变换器可在全电压输入范围内获得高功率因数与低总谐波失真率,满足IEC 61000-3-2 C类法规对输入电流各次谐波的要求。最后,通过一台96 W实验样机验证理论分析的正确性。

两开关伪连续导电模式Buck-Boost功率因数校正变换器

提出两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制策略。利用两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器电感惯性模态所提供的一个额外控制自由度,可实现单位功率因数控制,并明显改善传统单开关Buck-Boost PFC变换器、两开关连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck-Boost PFC变换器和两开关不连续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck-Boost PFC变换器的性能。与两开关DCMBuck-Boost PFC变换器相比,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器减小了电感电流纹波。仿真与实验结果表明,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器的负载动态响应速度明显快于传统的两开关CCM和DCM Buck-Boost PFC变换器。

具有快动态响应和低输出电压纹波的二次型BoostPFC变换器

为了提高功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器对负载变化的动态响应性能,同时消除输出电压二倍工频纹波,本文将二次型Boost变换器应用于PFC变换器中,并分析了其工作原理。根据主电路电感的工作模式,可以将二次型Boost PFC变换器的工作区域划分为四个区域:CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM,本论文重点研究了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波特性及其动态性能。研究结果表明,与传统DCM Boost PFC变换器相比,二次型DCM-DCM Boost PFC变换器可消除输出电压的二倍工频纹波,降低输入电感电流峰值,且提高了负载动态响应速度,极大地降低了输出电压超调量与跌落量。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。

具有宽负载范围和低电压应力的三态反激PFC变换器

提出一种具有宽负载范围和低电压应力的三态反激功率因数校正(PFC)变换器拓扑。通过续流功率开关管和二极管,使该变换器工作于伪连续导电模式(PCCM),拓宽了传统不连续导电模式(DCM)反激PFC变换器的带载能力,并有效地降低了传统DCM反激PFC变换器中功率开关管所承受的电压应力。通过对电路工作模态及其稳态特性的分析可知,该变换器不仅具有较好的功率因数校正能力,还具有开关管电压应力低、负载范围宽等优点。最后,通过实验结果验证了该变换器的优越性。

并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换器

在双耦合绕组反激式单级PFC变换拓扑的基础上,引入并联功率传递单元,提出一种并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换拓扑。该拓扑通过在Boost电感上增加二次绕组,使部分能量直接由Boost电感传给负载,从而提高了变换器的效率,并且能够限制中间储能电容电压和减小开关器件的电压电流应力。本文详细分析了该变换拓扑的工作原理和稳态特性,讨论了变换器的参数设计。150W/24V样机实验结果表明该拓扑具有高效率、高功率因数、低开关电压应力等特点。

临界连续模式单电感双输出Buck功率因数校正变换器

提出了一种临界连续模式(CRM)单电感双输出(SIDO)Buck功率因数校正(PFC)变换器及其控制策略,并分析了其工作特性。通过对电感的分时复用控制,实现了2个输出支路的独立控制。在输入电压接近各输出支路电压情况下,控制器限制了开关管的最小关断时间,解决了工作于CRM时电感在输入电流过零点附近难以分时复用控制的问题,并抑制了电感在输入电流过零点附近的复用频率。相对于传统两级结构的多路输出PFC变换器,CRM SIDO Buck PFC变换器减少了控制器与电感的数量,降低了变换器的体积与成本,并提高了变换器的效率。实验结果验证了所提变换器高效率、高功率因数以及2个输出支路的高输出精度控制特性。

伪连续导电模式Boost PFC变换器研究

分析工作于伪连续导电模式(PCCM)的Boost功率因数校正(PFC)变换器,设计电压环与电流环并行的控制环路。针对传统连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)Boost PFC变换器负载功率范围受限的问题,研究以负载电流为基准量实时调整参考电流的控制策略,给出其网侧输入电流和功率因数的表达式。为了在宽输入电压范围内提高正弦参考电流控制三态PCCM Boost PFC变换器的功率因数(PF),提出非正弦参考电流控制算法。此外建立小信号模型给出其频域分析结果。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

一种新型有源功率因数校正器(APFC)的研制

本文讨论了功率因数的定义 ,传统开关电源存在的问提 ,功率因数校正常用的方法 ,特点及实现方法。并提出了一种新型(Boost型 )有源功率因数校正器 (APFC)校正方案的主电路拓扑结构 ,给出了电路的设计方案 ,工作过程 。