基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器

该文提出基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器(PFC),利用工频Si二极管的慢恢复特性为高频GaN开关桥臂提供反向电流通路,实现临界电流导通模式无桥PFC和高频GaN开关桥臂的软开关运行。为了实现低高度和高功率密度,提出低高度平面电感结构及其优化设计方法,通过将临界电流导通模式下的电感电流进行分解,给出高频电感磁心和绕组损耗分析模型,并据此对电感结构尺寸进行优化设计。最后制作一台开关频率为200~700kHz、400W的实验样机,验证了所提出的解决方案的可行性和有效性。

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。

一种基于SiC的并联交错式图腾柱无桥功率因数校正变换器

传统有桥功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器具有成本低、控制简单等优点,但其效率会受到不可控整流和非双向结构的影响。为了有效提升PFC变换器的效率并减少电路中半导体数量,提出一种基于SiC器件的并联交错式图腾柱无桥PFC变换器结构。首先,研究并联交错图腾柱无桥PFC变换器的电路模型与工作模态;然后,分析该PFC变换器的工作原理及控制策略,给出电路器件与电路参数的选择设计方法,采用工频电流过零点畸变的抑制策略有效抑制电流纹波;最后,设计并制作额定功率6.6 kW的样机。样机体积为1311 cm^(3),功率密度达到5.015 W/cm^(3),计算效率达到95%,证明了该PFC变换器具有低开关器件容量、高功率传输密度和功率双向流动的优势。

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.

基于图腾柱无桥PFC的软开关控制变换研究

随着数据中心所需能量的日益增长,对于变换器高性能指标的追求十分迫切。文中设计了基于图腾柱结构实现高效高功率密度的软开关功率因数校正(PFC)电路,采用无桥PFC拓扑结合第三代宽禁带氮化镓器件,通过全数字控制方法实现电路在电流临界和准方波2种状态下切换工作,保证变换器在具备PFC功能的同时实现开关管零电压开关(ZVS)。首先介绍了图腾柱无桥PFC基本电路结构,通过分析电路暂态过程得出实现软开关特性的条件;然后根据全数字双闭环控制方法实现系统PFC功能,结合数学仿真模拟不同状态下图腾柱PFC输出特性;最终搭建了1台输入有效值220 V,输出48 V/400 W的AC/DC变换器。结果表明,系统在实现PFC功能的同时,可在全输入电压范围内保持ZVS特性,验证了电路设计及控制策略的可行性。

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。

变母线电压的LLC高压电容充电电源设计

提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分(PI)加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。

基于三端口无桥PFC的两级式隔离型双输出AC-DC变换器

提出基于三端口无桥功率因数校正器(powerfactor corrector,PFC)的隔离双输出AC-DC变换器及其控制方法。利用三端口无桥PFC同时提供电压稳定的直流母线和电压宽幅变化的直流母线,实现了中间直流母线电压与直流输出电压的自适应匹配,大大降低了后级直流变换器的电压增益变化范围,为后级LLC谐振变换器的高效设计与实现提供了有利条件。文中给出三端口无桥PFC与双输入LLC谐振变换器的新型组合结构,详细分析三端口无桥PFC的工作原理,提出相应的调制策略和控制方法。实验结果表明,所提出的解决方案能够实现更高的效率。

面向照明及开关电源应用的功率MOSFET

SuperMESH3功率MOSFET主要用于镇流器的功率因数校正器和半桥电路以及开关电源内。620V的STx6N62K3是SuperMESH3系列的首款产品，后续产品有620V的STx3N62K3和525V的STX7N52K3和STX6N52K3。SuperMESH3技术可以降低导通电阻，在620V电压下，DPAK封装的STD6N62K3把导通电阻降低到1．28Ω；在525V电压下，STD7N52K3把导通电阻降低到0．98Ω，从而提高节能灯镇流器等照明应用的工作能效。