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。

基于SiC的图腾柱无桥PFC电路过零点电流尖峰研究

虽然基于SiC的图腾柱无桥功率因素校正(PFC)电路性能优,但仍存在固有的过零点电流尖峰的问题。为抑制过零点电流尖峰,在深入分析图腾柱无桥PFC电路过零点电流尖峰基础上,提出在过零点附近过渡区间插入基于数字控制的新电流尖峰抑制电路。新控制策略包含在过零点前插入实现快切换桥臂开关管软启动的控制,和过零点后采用增强PI控制器的控制。为实现平滑软启动,进一步提出基于实时电流闭环PI反馈的软启动策略。新控制策略电路模态少,控制简单有效,实现容易。

基于GaN器件的高效图腾柱无桥PFC电路设计

GaN器件因其良好的开关性能被广泛应用于图腾柱无桥PFC电路。在电感电流临界连续模式(CRM)下,图腾柱无桥PFC通过合理的控制可以实现开关管全输入电压范围软开关。针对传统电流过零检测(ZCD)电路的控制方式存在控制时序复杂的问题,提出了一种基于电流状态检测电路的软开关控制策略,降低控制的复杂程度;采用交错并联结构降低EMI滤波器的设计压力;并利用解耦磁集成技术将两相电路的功率电感进行磁集成。最终,搭建了一台3000 W基于GaN器件的交错并联图腾柱无桥PFC整流器,通过实验验证了所提电路设计方案的有效性。

Hybrid IGBT在3.3 kW RAC图腾柱无桥PFC的应用

为了解决3 HP家用空调PFC功率级IGBT和整流桥温升高以及散热器尺寸大的痛点,采用图腾柱无桥PFC,以混合IGBT IKZA50N65RH5作为高频桥臂开关管,建立了CCM模式平均电流控制的图腾柱无桥PFC的PLECS仿真模型,并在3.3 kW、IGBT开关频率65 kHz的图腾柱无桥PFC评估板上实际测试获得了最高97.924%的效率,有效降低了IGBT的温升,提高了整机可靠性。

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。

一种基于新型无桥Boost PFC的通信电源AC/DC变换器设计

针对电力系统传统通信电源设备功率因数低,电源谐波高的不足,提出一种新型的无桥Boost PFC电路结构。通过对电路拓扑结构的工作原理分析,应用平均电流控制策略,建立了相应的仿真模型。仿真结果表明,与传统的Boost PFC相比,无桥Boost PFC电路能够很好地提高功率因数,抑制电流谐波,且输入电流能很好地跟踪输入电压。最后设计了一台500 W的实验样机,实验结果验证了所提出电路的正确性和可行性。

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。

图腾柱无桥PFC输入电压检测与仿真研究

针对无桥PFC无"整流桥"存在,导致PFC控制电路所需的全波整流电压检测困难等问题,提出了一种低频整流桥加电压隔离放大器方式的适用于图腾柱无桥PFC的解决方案。电压隔离放大器将整流分压后得到的全波整流电压隔离传输至PFC控制输入端,有效阻断了输入电压检测电路与主电路之间相互干扰,解决了无"整流桥"输入电压检测问题。最后,通过PSIM仿真软件对所提方案进行仿真验证。仿真结果表明,所提方案能够较好地实现图腾柱无桥PFC输入电压检测作用,仿真得到的谐波含量较低,功率因数较高。

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.

单周期控制隔离型三相无桥Sepic PFC变换器研究

功率因数校正技术被广泛应用于整流电路中以减小谐波污染。本文研究了一种新型隔离型三相无桥Sepic PFC变换器,它通过一级变换即可实现功率因数校正,又可实现隔离型DC/DC变换。本文首先详细分析了三相无桥Sepic PFC变换器的各个工作模态,对电路连续工作条件进行了分析。其次,采用单周期控制技术实现闭环控制,建立了单周期控制核心控制方程,对其进行小信号建模,设计了电压环路控制器,分别在频域和时域对不同参数下的系统稳定性进行仿真分析,设计了基于DSP的数字单周期控制的实现方法。仿真和实验结果表明,单周期控制的三相无桥Sepic PFC变换器,可实现单位功率因数,电流畸变率小。

一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器

针对单级无桥隔离型功率因数校正(PFC)变换器存在开关管电压应力大,工作于降压模式时,总谐波畸变率(THD)高、功率因数(PF)低的问题,提出一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器。该变换器采用双绕组分裂电容的结构,降低了开关管与二极管的电压应力。通过引入工频开关管,消除变换器工作于降压模式时的输入电流畸变,实现降压模式下的高功率因数,从而有效拓宽输出电压的调节范围。变换器工作于断续导通模式(DCM)时,可实现二极管的零电流关断(ZCS)。详细分析变换器的工作原理和运行特性,并通过软件进行仿真证明,最后通过搭建一台50W实验样机,验证了该变换器能工作于较宽输出电压范围,具有开关管电压应力小、功率因数高、控制简单和转换效率高等优点。

图腾柱式无桥PFC电路的小信号分析和控制

介绍了使用GaN功率器件的图腾柱式无桥PFC电路,并对其进行了小信号建模与分析,控制方式使用具有高带宽增益和快速瞬态响应能力的电流控制模式,最终通过PSIM仿真证明该电路具有功率因数校正和升压功能,且稳态后电压纹波小于5%,满足系统的性能指标和设计要求。

一种具有正输出电压的无桥CUK PFC变换器

传统的CUK PFC变换器输出电压为负,需要附加反相放大器电路,增大了变换器的体积和成本。提出了一种新型无桥CUK PFC变换器拓扑,该拓扑在无需附加反相放大器电路的情况下使变换器输出电压为正,具有控制简单、高效率、低成本的优点。通过拓扑优化减少了1个输入电容,并使2个二极管从高频的大电流转换为工频的小电流工作状态,可选取普通整流二极管代替快恢复二极管,从而降低了变换器的体积和成本。该变换器工作在不连续导通模式下,不需要电流控制环,从而简化了控制电路。另外,主开关在零电压开关(ZVS)条件下导通,输出二极管在零电流开关(ZCS)条件下关断,降低了开关损耗,提高了变换器的效率。在PSIM中搭建了仿真模型,并制作了额定功率150 W的试验样机,验证了所提变换器的有效性和优越性。实验结果表明,在额定输入条件下,功率因数(PF)为0.9957,输入电流的总谐波失真(THD)为3.78%。

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。

基于无桥Sepic PFC变换器的BLDC电机功率优化控制

介绍了一种用于无刷直流电机(BLDC Motor)供电的功率因数校正(PFC)电路,通过使用无桥Sepic PFC变换器,使得电能质量问题得到了改善。首先分析了无桥Sepic PFC电路的工作原理及换流状态,其次探讨了系统的控制方案,最后利用MATLAB/Simulink进行仿真和性能评估。通过对无桥Sepic PFC变换器与Boost PFC变换器的对比分析可知,所提方案可明显提高功率因数并降低输入电流的总谐波失真,使得无桥Sepic PFC转换器成为低功耗应用的有效替代解决方案。

一种单级PFC半桥变换器的研究

文章讨论了一种带有ZVZCS的单级PFC半桥变换器。通过合适的参数选择,这种变换器可以软开关方式高效率地工作,同时保持简单的拓扑结构。详细分析了这种变换器的工作原理,并给出了相关设计参数。通过Matlab仿真实验,验证了该变换器工作原理的正确性。

可实现辅助开关管准零电流开关的半无桥功率因数校正变换器

提出一种可实现辅助开关管准零电流开关的零电压转换半无桥功率因数校正变换器拓扑。通过增加一个有源辅助谐振支路,变换器实现了主开关管的零电压开关和升压二极管的自然开关,并且没有增加它们的电压应力。与此同时,它还进一步减小了辅助开关管的开关损耗,而各连通二极管也均实现了自然开关。理论分析变换器的工作模态,详细讨论变换器软开关实现条件和控制策略,在此基础上给出有源辅助谐振支路参数设计。设计一台开关频率100kHz、额定输出400V/600W的原理样机,验证了变换器设计方案的可行性和理论分析的正确性。

一种包含LCD箝位网络的零电压转换半无桥功率因数校正变换器

提出一种采用LCD箝位网络实现辅助开关管零电流关断和自耦变压器激磁能量回馈的设计原理。据此推导出一种可实现辅助开关管零电流开关的零电压转换半无桥功率因数校正变换器拓扑,其辅助开关管开关损耗趋近于零。与此同时,该变换器还实现了主开关管的零电压开关和升压二极管的自然开关,并且没有增加它们的电压应力。自耦变压器绝大部分激磁能量和漏感能量也回馈到负载中。理论分析了该变换器的工作模态,推导出变换器宽电压运行的约束条件及自耦变压器激磁能量回馈的理论值,不同工况条件下的实验验证了该变换器设计方案的可行性和理论分析的正确性。该变换器相较于已有变换器能进一步提升效率。

交错并联LLC谐振的双向AC-DC变换器

针对当前平衡供电供需与解决再生能源间歇特性的问题,设计了一种以优化PWM调制策略控制图腾柱无桥PFC和交错并联双向LLC谐振电路的两级式双向AC-DC变换器。前级运用了优化PWM调制的控制策略,增强网侧电流对电网电压的跟踪能力,后级采用同步整流管驱动控制的交错并联LLC谐振变换器的方案,设计了变换器和环路补偿的参数,通过搭建实验仿真系统验证设计的可行性。结果表明,实现正向工作输入交流电220±10%V,输出直流电12 V,额定功率1 800 W;反向工作输入直流电12 V,输出交流电220 V,验证所设计的合理性与可行性。

一种改进型单相图腾柱整流器平均电流控制方法

为有效抑制电力电子设备给电网带来的谐波污染并解决能源短缺问题,高效AC/DC PFC变换器受到了广泛关注。文中针对图腾柱PFC变换器转换效率和电流过零点尖峰问题,利用功率开关管替代传统拓扑结构中的二极管,并提出了一种基于CCM模式的改进平均电流控制策略。该控制策略通过引入互补PWM,改进高频桥臂控制方式,降低了二极管续流损耗,提高了变换器转换效率。文中阐述了图腾柱拓扑结构电路工作原理以及控制策略,并在MATLAB/Simulink平台建立相应仿真模型对所提方案进行了验证。在此基础上,文中还设计并搭建一台原理样机。实验结果表明新方法的转换效率提高了1.5%,且电流无明显过零尖峰,证明了所提改进型控制策略的有效性和可行性。