负载对DCVM Cuk PFC变换器稳定性的影响

以不连续电容电压模式Cuk功率因数校正变换器为例,描述了当系统负载增大时存在的慢尺度分岔现象。分析了慢尺度分岔现象的特点和产生原因,根据功率平衡原理推导了系统的谐波平衡解,并进行仿真验证文中理论。结果表明,随着负载电阻的增大,系统会进入倍周期分岔继而进入混沌状态,电路在轻载状态下容易发生分岔现象。这类慢尺度分岔现象及相关分析得到了实验验证。

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。

串联型功率解耦型无电解电容PFC电路

为了去除电解电容,提高变换器寿命,提出一种串联型功率解耦无电解电容功率因数校正(power factor correction,PFC)拓扑,选择单相全桥逆变电路串联在Boost型PFC电路与负载之间作为解耦电路。根据电压补偿与功率解耦的原理,针对该解耦电路提出一种电压补偿开环控制策略,该方法对负载变化不敏感,提高了系统的稳定性和可靠性,且开关器件承受较低电压值,无需电流采样环节,减小了变换器的体积和成本。为了进一步提高电路输入电流质量,提出适用于解耦电路的闭环控制策略,仿真结果表明,闭环控制较电压补偿开环控制策略,可优化输入电流质量,减少谐波污染,但是在成本与复杂程度上高于开环控制策略。最后,对提出的串联型解耦电路拓扑与电压补偿型的开环及闭环控制策略进行实验验证,实验结果证明了理论的正确性。

单级PFC滤波电容器电容量与输出电压纹波关系

单级功率因数校正是带有功率因数校正的AC/DC变换器中的最简单的一种。在半个工频周期中,文中详尽的分析了单级功率因数校正电路的输出电压的纹波成分与输出电流与输出滤波电容器电容量电容关系;得出了单级功率因数校正需要和大的输出滤波电容器的电容量才能满足常规开关电源对纹波电压的要求的结论,这使得单级功率因数校正的应用受到极大的限制。然而,在对输出电压要求不严格的电源适配器的应用中,单级功率因数校正则是最好的选择。

功率解耦型无电解电容PFC电路并联补偿控制

提出了一种并联补偿控制策略,应用于功率解耦型无电解电容功率因数校正(PFC)电路,实现了去除电解电容、提高使用寿命和可靠性的目的。首先以升压型双向Buck/Boost变换器作为功率解耦电路,提出了基于固定占空比的并联补偿控制策略,并对其补偿特性进行了分析。而后在定占空比控制策略基础上提出了一种并联补偿控制策略,该控制策略相比较于传统的控制策略,结构简单、实现容易,而且响应速度快,系统调整时间短,负载电压纹波对负载功率变化不敏感,可实现无传感器的低成本功率解耦。为了进一步减小功率器件耐压,将降压型双向Buck/Boost变换器引入功率解耦方案,应用该文所提出的控制策略进行控制,同样实现了PFC电路去除电解电容的目的。最后对该文所提出的并联补偿控制策略进行仿真和实验研究,结果验证了该控制策略的有效性。

用于PFC的Buck/Boost有源储能电容变换器研究

针对PFC变换器,推导输入功率因数为1时,储能电容容值与其电压及输出功率的关系,表明容值与直流母线电压及其纹波成反比,与功率成正比。鉴于电容纹波电压受制于直流母线电压平均值,提出采用Buck/Boost有源储能电容变换器取代直流母线电容,增大了其电压变化的自由度,使电容能量实现满充满放,保证输入功率因数为1,能将容值大幅减小,因而可以采用薄膜电容或瓷片电容作为储能电容。分析了该变换器的工作原理,提出了采用输入电压移相以实现所需占空比的SPWM控制方法和实现电路,制作了60 W的样机进行实验验证,实验结果表明所提方法是有效的。

一种改进的电压跟随PFC Cuk AC/DC变换器

提出了一种改进的电压跟随PFCCukAC/DC变换器,其输入电感工作在不连续导电模式(DCM),从而实现功率因数校正(PFC)功能。在本电路中,采用由两个储能电容组成的开关电容网,从而使电容的电压应力减小,并且提高了变换器的功率因数校正能力。其输出电感工作在连续导电模式(CCM),从而降低了器件的应力,同时减小了开关损耗和输出电流纹波。论述了输入电感工作在DCM模式的Cuk变换器的功率因数校正能力及所提出的电路的工作原理;推导出了其输入与输出电感工作的临界条件。MATLAB仿真与实验结果证实了理论分析的正确性。

基于两级PFC电路对大电容充电的仿真研究

电容储能式螺柱焊机负载电容容量大,一次焊接过程电容能量完全释放,新一次的焊接过程会再次对电容充电,这种纯容性脉动负载对充电过程的功率因数校正需求更迫切。储能式螺柱焊机的储能电容容量大,电容端电压上升缓慢,对其充电的反激变换器不能很快地建立稳定状态,电感电流在变换器中逐渐累积形成畸变电流。提出一种前级反激变换器,后级两电容交替对负载电容充电的两级PFC充电方案,利用逻辑电路控制开关管的动作时序,详细介绍了主电路、控制电路及其仿真分析。结果表明,该方案具有电感电流跟随基准电压效果好和充电速度快的优点,实现了对纯容性脉动负载充电过程的功率因数校正。

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。

基于单级PFC无频闪无电解电容的LED电源驱动设计

在矿用大功率照明应用中,电解电容将指数级降低驱动电路寿命。通过分析Boost-Flyback不同电压下的不同工作状态及其约束条件,提出基于电压的分段控制策略,建立了不同电压下的动态小信号模型。最后通过仿真验证了此控制策略下单级PFC去除电解电容的可行性。

一种用于数字PFC的嵌入式SARADC

设计了一个用于数字PFC(功率因数校正)的12位精度的逐次逼近(SAR)A/D转换器.对DAC模块中出现的电容寄生问题进行了详细分析,针对性提出了一种1-6-5式的新型电容分段结构,并采用伪差分结构消除电荷注入和时钟馈通引入的一阶效应,使ADC性能有很大提高.上述设计在0.35μm CMOS工艺下完成,目前该芯片正在流片中.仿真结果表明,在采样频率为0.98MSPS,输入信号为50kHz时,新型分段结构ADC的信噪比SNR与无杂散动态范围SFDR较六六分段约有6%的提高.

临界导电模式下PFC储能电容电压及电流分析

针对工作于临界导电模式下(CRM)的功率因数校正器(PFC)的输出储能电容有效值(RMS)电流及其电压纹波,进行了详细的数学推导。对功率因数校正(PFC)和临界导电模式(CRM)进行了简要的介绍,给出了临界导电模式下(CRM)输出储能电容(Bulk Capacitor)的有效值(RMS)电流及其输出电压纹波(Ripple)的计算公式,从而达到了确定电容值的目的,这对于电容的选取尤为重要。

一种基于磁组合式变压器的AC-DC高频变换器

为了提高大功率开关电源的功率因数和可靠性,提出了一种基于磁组合式变压器的AC-DC变换器。该结构的变换器是将三个耦合变压器磁心中产生的磁通叠加输出,而非电的形式输出。根据三相电路瞬时功率平衡原理,利用三相互差120°的交流电的特性,使该变换器的直流环节的滤波电容采用了薄膜电容,而非电解电容,使电网侧的输入电流正弦化,实现自然PFC功能,从而提高了功率因数和功率密度。仿真和一台1k W的原理实验样机验证了理论分析的正确性及变换器的可行性。

一种单级式高功率因数无电解电容AC/DC LED驱动电源略

传统的发光二极管(lighting emitting diode,LED)驱动电源一般含有电解电容作为储能元件,其寿命成为制约LED驱动电源寿命的主要因素,并且会限制功率密度进一步提高。因此,提出一种在反激变换器变压器上增加一个绕组并增加全桥辅助电路的无电解电容的LED驱动电源,其不仅去除了电解电容,延长了LED驱动电源的使用寿命,减小了驱动电源的体积,并且实现了功率因数校正,减小了输出电流两倍工频交流分量,输出电流近似恒定。本文详细分析了这种变换器的工作原理并试制了一台样机给出了实验结果。

LED照明驱动电源中功率因数校正研究新进展

虽然单相功率因数校正(PFC)技术从上世纪80年代以来,已经经历了数十年的发展,但是随着新的应用领域出现,单相PFC研究依然面临着许多挑战,LED照明就是一个典型的例子。LED照明长寿命、高可靠性、可控硅相控调光、单级电气隔离、光学调光等特点与独特要求,催生了PFC研究的新进展。特定电路高性能价格比的控制策略、新型高效集成电路拓扑和新颖的工作模式等研究都是为了满足LED照明新型电光源的需求。回顾了国内外近年来对LED照明电源中功率因数校正问题的研究进展,所涉及内容包括消除电解电容研究、反激变换器一类电路控制策略、新型集成隔离型PFC电路、低导通损耗无桥PFC电路研究、交流直接驱动LED的PFC问题和相控调光LED驱动PFC电路等。

一种无电解电容LED驱动电源的研究

分析了三级式功率因数校正(PFC)变换器中储能电容上的电压脉动与其容量的关系,推导了储能电容电压最大值、最小值和平均值与储能电容容量大小的关系并给出了储能电容容量的选取原则。提出增大储能电容电压纹波的方法来大幅度减小储能电容容量,这样可以用薄膜电容代替电解电容来延长电源的寿命。一台90 W的原理样机验证了理论分析的正确性。

多电平高压级联Boost直流变换器研究

提出一种基于三电平结构的多电平级联Boost直流变换器,采用模块化及相应载波移相调制技术,使该变换器可以灵活用于高频隔离型高压直流变换器前端及高频隔离型高压PFC中间级。基本的三电平模块是由P-cell,N-cell单元构造而成,并且能够提供2个相同输出电压同时获得1倍于开关频率的等效频率。首先详细分析了多电平级联Boost DC-DC变换器在载波移相调制下的电路工作原理及电感电流与电容电压波纹特性,并讨论出不同占空比下的输入输出电压关系以及电感电流的趋势。最后,搭建功率5.3 k W的实验装置来验证多电平级联Boost变换器的工作特性。

一种LED灯驱动电源功率因数校正变换器的设计

给出了一种LED灯驱动电源功率因数校正变换器的设计方法。通过升压式功率因数校正变换器关键部件电气参数的设计公式验算,提出了一种BCMPFC升压转换器的设计方法和工具,并给出一款80WLED驱动开关电源的功率因数校正变换器各参数的设计方法及实验结果。本文的研究为高输入功率因数校正变换器设计提供了参考。

一种基于重复控制的无电解电容LED驱动电源

LED驱动电源大多使用了容量较大的电解电容作为储能滤波元件,然而其平均寿命远低于LED器件,限制了驱动电源的使用寿命和电源功率的进一步提升。针对该问题,设计了一种基于重复控制的无电解电容LED驱动电源,采用Boost功率因数校正电路,提高输入功率因数,此外,利用Buck/Boost变换器进行升压储能,并结合周期性重复控制算法,对储能实施调节,从而达到输入脉动功率与输出恒定功率之间的平衡,使负载LED获得恒定电流。由于没有采用大容量的电解电容,因而提高了LED驱动电源的使用寿命。最后,搭建了一套基于重复控制算法的无电解电容LED驱动电源,测得输入功率因数为0.97,恒定输出的电流纹波系数为3%。

一种单级无桥式高功率因数无电解电容AC-DC LED驱动器

电解电容用于处理脉动功率差势必限制LED驱动器使用寿命,采用全桥整流结构造成导通损耗加大,引用变频控制产生较高的电磁干扰(EMI)。为此,提出一种基于串联谐振变换器(SRC)的LED驱动电路,用于衰减功率因数校正(PFC)单元传递到LED负载的低频纹波,从而减少储能电容值。采用可控开关电容(SCC)替代固定电容,通过改变等效电容值实现驱动器恒频运行。此外,SCC结构和半桥开关管单元的共享不仅提高了电路功率密度,而且消除了全桥整流二极管。最后,所提LED驱动器的优越性能通过PSIM仿真和搭建的输出功率80W的两路LED样机进行了实验验证。