临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制

工作于临界电流模式下的图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路因其无整流桥损耗、电感体积小、易于实现软开关而得到广泛关注。然而,在输入电压过零点处,工频管之间的换相时刻,电感会与工频管的结电容产生谐振,相应地,电感电流和直流母线电压因此会存在高频振荡。电感电流振荡会加剧输入电流畸变程度,而母线电压上的高频尖峰由于振荡频率高,后级DC-DC变换器难以抑制而传递至负载,导致敏感负载无法正常工作。该文分析线性开关在主动栅极电路中抑制振荡的工作原理,基于线性开关的特性提出三电平驱动方式来抑制图腾柱无桥PFC换相谐振,降低输入电流总谐波畸变率(THD)的同时实现对直流母线的高频尖峰的抑制,在2kW满载工况下,将输入电流THD降低1%,母线电压尖峰高频分量峰值由2.83V减小至0.01 V以下。实验结果表明,该文所提出的三电平驱动方式可以有效抑制临界电流模式图腾柱无桥PFC的换相谐振。

一种新颖的三电平软开关功率因数校正电路

摘要:多电平变换技术,功率因数校正技术,以及软开关技术,是目前电力电子技术领域的3个研究热点,该文在这三者之间找到了一个应用的契合点,提出了一种新颖的单相三电平无源无损软开关PFC电路拓扑。论文首先从传统的二极管箝位型三电平变换器中推导出具有实用价值的三电平Buck和Boost电路拓扑,以后者为基础,重点研究了基于三电平Boost电路的三电平PFC电路的原理及实现问题。为了提高系统的效率,且不增加控制的复杂性,将一种无原理性过压的无源无损软开关电路单元引入该电路,文中详细地介绍了其原理和工作过程,给出了相应的设计要点,并进行了仿真研究。最后,设计了1台2 kW 三电平无源无损软开关 [(P)( )(F)( )][(C)( )]电 路 样 机 , 实 验 结 果 表 明 , 该 电路不仅实现了三电平PFC的功能,而且所有功率器件均工作在软开关状态,系统效率高。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

一种新型的单相三电平单级功率因数校正电路

回顾了单级功率因数校正电路的发展状况,总结了多种单级PFC(功率因数校正技术)变换电路的优缺点,指出目前单级PFC变换电路需要解决的主要问题,并就此问题介绍了一种新型的单相三电平单级PFC电路,分析了其工作过程,并给出了仿真和实验结果。

单相多电平功率因数校正变换器应用的实验研究

在高压和/或大功率应用的场合,为了减小电感的体积、减少管子的耐压、减少EMI和提高系统的效率和功率密度,该文研究了单相多电平功率因数校正变换器。以四电平功率因数校正变换器为例,该文详细分析了四电平功率因素校正变换器的工作机理和控制方法。为了验证单相多电平功率因数校正变换器及其控制方法,该文搭建了一台2kW四电平功率因素校正变换电路的实验样机,理论结果和实验结果证明了单相多电平功率因数校正变换器的可行性和正确性。

三电平BOOST电路在功率因数调节(PFC)方面的应用

为了解决较高电压等级直流负荷(如电动汽车)前端整流装置对电网造成的谐波污染问题,笔者根据三电平结构的发展和boost PFC电路的应用,阐述了一种适用于高电压等级、基于三电平拓扑结构的PFC AC-DC变换器的控制策略,分析了其在应用载波移相调制技术下模块化结构,以及其输入、输出电压特点、电感二倍频电流的电气特征,搭建了三电平Boost电路控制及电路模型,得到了较高电压等级PFC变换的方案。仿真结果表明,基于三电平Boost的PFC变换器电流环灵敏度高,能有效实现PFC变换,解决了电感电流波纹过大的问题。

一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器

通过对耦合电感、双向开关管单元与无桥功率因数校正电路(power factor correction,PFC)的有机融合,提出一族基于电感耦合式双升压(Dual-Boost)无桥三电平整流器。在无桥PFC电路桥臂与直流侧上下分裂电容之间嵌入双向开关管单元,在每个工频周期无桥PFC电路桥臂之间产生5种电平,可减小开关损耗。所提三电平整流电路共用耦合电感磁芯以提高磁芯利用率,且其两桥臂间的五电平电压可降低交流侧电流谐波,该拓扑具有开关管电压/电流应力较低的特点。阐述拓扑推导过程,分析所提拓扑的工作原理、耦合电感特性,研究控制及调制策略,并搭建输入220V/50Hz、额定输出1kW/400V的实验样机,验证所提方案的可行性和理论分析的正确性。

单相三电平PFC拓扑构成方案及调制方法

传统单相三电平整流器的开关器件较多;两电平整流器开关器件相对少,但其交流侧输入滤波电感体积大,开关频率相对较高导致功率器件损耗增大,工作效率有所降低。针对上述问题,文中提出级联、电平等效、镜像、去冗余等三电平电路拓扑方案,并以两电平伪图腾柱式功率因数校正电路(pseudo totem-pole power factor correction,PTP-PFC)为例进行上述拓扑方案的推导过程分析,提出一类三电平PTP-PFC电路。首先,对所提新型单相三电平PTP-PFC变换器进行工作原理分析,并提出一种适合此类拓扑的调制方法;其次,对所提拓扑进行功率器件数量、电压应力、损耗等方面分析和对比,总结出各电路特性;最后,设计输出电压400V、功率1kW的3种三电平PTP-PFC实验样机,实验结果证明级联、电平等效、镜像、去冗余等三电平电路拓扑方案的有效性,同时验证所提三电平PTP-PFC电路理论分析的正确性和工程应用的可行性。

三相高功率因数整流器的研究现状及展望

介绍了三相高功率因数整流器的几种主要拓扑——三相单开关功率因数校正电路、三相 /三开关 /三电平 PWM(VIENNA)整流器、三相全桥功率因数校正电路等 ,特别地关注三相 /三开关 /三电平 PWM(VIEN-NA)整流器 ,并对每种拓扑的特性、优点及其不足进行了分析 ,通过比较研究指出了三相 PF C的发展趋势。

基于半桥三电平变换器LLC谐振参数的分析设计

在LLC谐振电路中,为了计算谐振元件Lr、Lm、Cr的参数值,以应用在电动汽车充电桩上的半桥三电平LLC谐振电路为研究对象,分析该电路的工作机理,并采用每对开关管关断时间错开,一只先关断,另一只后关断的控制策略,从而实现电路工作在零电压关断工作状态,达到减少开关损耗和实现软开关的目的。基于基波分量简化建模法对该电路建立数学模型,经过理论推导,得出应用于半桥三电平电路中的LLC谐振元件Lr、Lm、Cr的参数设计方法。设计了一款输入电压为600～750 V,输出为750 V/20 A的样机,验证了上述理论分析的正确性和设计方法的合理性。

SiC功率器件图腾柱无桥PFC电路设计

设计一款基于SiC MOSFET图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,使其工作在连续传导模式(CCM)中,电路的电压外环和电流内环实现双闭环控制;电流内环通过PI控制稳定输出电流,使电感电流与电网电压同相,从而提高电路的功率因数.通过对该拓扑进行仿真并计算出电路参数,分析了SiC MOSFET关断等效电路原理;通过负压解决SiC MOSFET的误导通问题,有效消除SiC MOSFET因寄生电容带来密勒效应的影响,提高电路效率和功率密度.实验表明,该PFC电路具有较高转换效率,较低谐波系数,功率因数接近1等特性.

一种高功率因数无桥Cuk PFC变换器

针对传统桥式功率因数校正(PFC)变换器存在二极管整流桥导致开通损耗大、效率低且只能升压的特点,提出了一种高功率因数无桥Cuk PFC变换器拓扑。该拓扑由共用输入的2个Cuk变换器并联实现无桥;在该PFC变换器中引入填谷电路,使中间电容的容值和耐压值均减小为原来的一半,从而用薄膜电容代替原来的电解电容。无桥Cuk PFC变换器不仅消除了二极管整流桥,减少了输入电流流经半导体元件的数量,而且输入电流连续,具有良好的抗干扰性能。对断续导通模式(DCM)的无桥Cuk PFC变换器工作原理和工作特性进行了详细分析,仿真和实验结果验证了所提拓扑的可行性和有效性。

单周期控制的三相无桥PFC电路的研究

传统三相有源功率因数变换器具有多种电路拓扑形式和控制方法,但整流部分常采用全桥结构,导致输入电流谐波含量较大,电路整体效率不高,而且控制方法相对复杂。基于单相模块构建了一种新型的单周期控制的三相无桥功率因数校正(PFC)电路,通过自耦变压器将三相电路解耦为两相无桥Boost PFC电路并联而成,为削弱2个并联电路之间的耦合干扰,加入分离元件实现了对2个并联电路的独立控制。仿真与实验结果验证了该单周期控制的三相无桥PFC电路的正确性,实现了高功率因数,采用无桥方案也有助于提高电路的整体效率,单周期控制策略控制简单,简化了电路结构。

一种新型零电压转换三电平倍压BOOST整流器

本文提出一种高效零电压转换三电平倍压BOOST变换器的功率因数校正电路。新型软开关技术可以实现整流器主开关和无源开关的零电压转换,而辅助开关零电流通断。所述软开关技术没有增加电路主开关的电压和电流应力。由于所用电路电流路径流经更少的功率器件,因此具有较少的器件导通损耗。该电路结构适合低压输入和中高功率应用场合。本文设计一台实验样机来验证理论预期,该样机额定功率600瓦,开关频率50千赫兹,输入电压90-132伏,输出电压400伏。样机实现转换效率高达97%和功率因数0.99。

三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法

采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。

双模式图腾柱无桥PFC电路的研究

为减小AC/DC变换器的导通损耗,基于图腾柱无桥Boost电路,提出一种双模式图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路。分析了所提电路的工作原理、工作过程和电路稳态特性,对关键参数进行分析与设计,并通过样机实物研究验证了电路的可行性。最后,设计了1台低压交流输入90~120 Vrms、高压交流输入176~264 Vrms、输出400 V/600 W的双模式图腾柱无桥PFC电路实验样机,验证了电路的可行性以及良好的特性。

一种双二极管式无桥Boost PFC电路

针对在中大功率应用时传统Boost PFC电路的整流桥损耗较大的问题,采用双二极管式无桥Boost PFC电路代替传统PFC,它省去了整流桥,导通器件少,能有效提高变换器效率。详细分析了该电路原理和传导损耗,通过平均电流模式控制芯片UCC28070制作了实验样机,实验结果表明,与传统Boost PFC电路相比,效率提高了一个百分点左右,电路整体效率得到了较好改善。

对称PWM减小H半桥型开关功放电流纹波的新方法

针对H半桥两电平开关功率放大器输出电流纹波较大导致负载损耗增加的缺点,提出采用2路中心对称但占空比不同的PWM实现三电平工作方式的新方法,称为对称PWM法。该方法采用一路PWM占空比固定,另一路PWM占空比受控可变的原理实现了三电平工作方式。给出了输出电流纹波计算公式,利用Matlab对开关功率放大器进行了仿真,构建了以DSP为控制核心的数字式开关功率放大器试验平台,进行了两电平和三电平开关功率放大器对比试验。理论分析、数字仿真和试验结果的一致性表明,采用对称PWM法能够有效地减小H半桥开关功率放大器输出电流纹波。

LED驱动电源PFC电路的设计

对LED驱动电源中有源及无源功率因数校正(PFC)电路做了详细分析,重点阐述二阶及三阶无源填谷电路的工作原理、有源PFC升压式变换器的基本原理,介绍PFC类型、级数及工作模式的选择,并给出单级式PFC+LLC控制器的典型应用。

船舶高压整流电路

本文中提出了适合于高压大功率整流的三电平PWM整流电路,该种电路虽然在构成和控制上稍为复杂些,但其的优点也是明显的。