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。

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。

基于PFC控制的船舶充电装置设计

根据某船舶充电需求,本文提出一种基于PFC控制的高功率因数、隔离性的充电装置设计方案。详细介绍了Pfc-boost拓扑结构电路、隔离斩波拓扑电路及DSP芯片的外围硬件电路。通过实验仿真验证,该方案能够满足设计目标,实现稳定输出。

一种Boost PFC电路改进VOT控制策略研究

为了解决恒定导通时间(COT)控制策略下负向谐振电流和输入滤波电容引起功率因数(PF)和总谐波失真(THD)性能变差的问题,提出一种改进变导通时间(VOT)的控制策略。通过自适应增加导通时间以抵消负向谐振电流,减小相位差,使电感平均电流在工频周期内接近正弦波,并分析其工作原理与控制过程。结合主电路设计关键参数,研制1台额定功率320 W的样机,进行COT控制策略和改进VOT控制策略的对比实验。计算机仿真和实验结果表明,改进VOT控制策略在265 V高电压输入20%负载工作时,PF值由0.726提升至0.801,THD由27.92%降低至18.4%;在40%~100%负载时满足PF>0.9、THD<15%的要求,验证所提控制策略的有效性。

一种BCM Boost PFC电路的VCFF控制策略

临界导通模式Boost功率因素校正(PFC)电路通常采用恒定导通时间(COT)控制策略,导致开关频率的变化与输入电压、输出功率以及电感有关,轻载下过高的开关频率将影响电路的转换效率,故提出一种谷底计数频率反走(VCFF)控制策略。通过检测MOS管两端电压谷底计数,使电路轻载时工作在断续模式,从而降低开关频率以提升轻载效率。实验结果表明,相比于COT控制策略,所提控制策略能够有效提高轻载效率。输入电压为220 Vrms下,10%~50%负载时效率在0.96以上。

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。

三态Boost PFC变换器的高功率因数和轻载效率提升方法研究

工作于伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode,PCCM)的三态Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器采用传统解耦控制,在输入电压增大时,存在功率因数较低的问题。文中结合三态Boost PFC变换器具有两个控制自由度的特点,从变换器的输入电流表达式出发,提出一种三态Boost PFC变换器的变占空比正弦参考电流控制方法,采用变占空比控制变换器的主开关管,正弦参考电流控制续流开关管,并对变换器参数和控制环路进行设计。相比于传统解耦控制的,变占空比正弦参考电流控制的三态Boost PFC变换器具有更高的功率因数,同时也具有快速动态响应与宽负载范围的优点。在此基础上,针对三态Boost PFC变换器轻载效率低的问题,提出混合模式控制方法提升其轻载效率。最后,通过一台400W的实验样机验证理论分析。

无桥DBPFC变换器的虚拟超局部优化控制策略

针对传统平均电流控制的无桥Dual-Boost功率因数校正(DBPFC)变换器存在功率因数低、总谐波失真大、动态响应速度慢以及输出电压纹波较高等不足,文章提出一种虚拟超局部优化控制策略。通过坐标变换的方法建立了变换器在虚拟dq模式下的工作模型,实现对电流的无静差跟踪,并在此基础上设计了一种超局部优化控制策略,改善了基于数学模型设计的电流控制器对参数变化及内、外部扰动敏感的缺陷,克服控制器对参数的依赖。仿真和实验结果表明,文章所提虚拟超局部优化控制的无桥DBPFC变换器的功率因数可达0.996,总谐波失真为4.93%,且具有良好的动态响应能力和较高的电能质量水平。

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。

一种带滤波结构的三电平PFC变换器拓扑结构研究

针对传统的功率因数校正(PFC)电源系统功率密度低、电压纹波大等缺点,该文提出了一种带滤波结构的三电平PFC变换器拓扑结构,用于抑制电压纹波并减小电源模块体积,提高功率因数校正电源系统的性能。通过理论计算和仿真分析,对整流器直流侧电压进行了对比,结果表明这一拓扑能够滤除90%的电压纹波,提高了整流器电压的精度与稳定性,仿真实验结果也验证了这一拓扑结构的可行性。

一种用于单相充电桩前级的混合桥臂三电平PFC电路

为优化单相车载充电机前级功率因数校正电路(PFC)的两电平拓扑结构,提出一种新型混合桥臂三电平功率因数校正电路,该电路拓扑符合三电平输出特性,具有输入电流谐波含量较小、开关管应力低、控制较简单等优点。对所提HBPFC电路进行工作原理、特性分析,并搭建220 V输入、400 V输出、1 kW额定功率的仿真模型,验证新型HBPFC电路的可行性。

临界Boost-PFC电路的简化变导通时间控制研究

针对传统恒定导通时间控制的临界Boost-PFC电路存在明显交越失真的现象,导致网侧特性较差的问题,提出了3种简化的变导通时间(VOT)控制策略。对所提3种VOT控制策略进行详细的对比分析,最后进行计算机仿真和200 W样机实验验证。计算机仿真和实验结果均表明,所提3种VOT控制策略均能有效改善电路的网侧特性,并能提高电路的效率。

基于间接电流控制的并联型PFC技术研究

为剖析PFC技术抑制谐波功率因数的性能,提高间接电流控制策略水平,基于有源滤波器的间接电流控制结构,以单个全桥逆变器作为研究结构,根据最优间接电流控制策略方案对主电路的容量、线路感抗、直流侧电容以及交流侧电感进行参数设计,并在MATLAB中进行非线性负载、感性负载以及容性负载下满载、半载和轻载状态下的补偿性能仿真。结果表明,间接电流控制策略在各种负载时都能补偿谐波,并且能够起到UPS功能的作用。

无输入电压检测的高频PFC技术及应用研究

为了解决家用空调室外机谐波干扰和满足负载对直流电压的需求,驱动板一般采用单相Boost型功率因数校正电路(Power Factor Correction,PFC)。随着功率密度要求的提升,对板载小感量高频PFC技术的需求日益紧迫。提出一种无需输入电压检测的高频PFC控制方案,通过电感电流锁相环控制完成对输入电压相位的跟踪,采用双闭环控制算法完成仿真与实际验证。对比传统的方案具有省略输入电压采样,电路更优化,算法更简便等优势。最终应用在3 P柜机空调上进行验证,其额定运行时功率因数均可达到0.99以上,谐波电流满足国标要求,可靠性试验等验证满足实际使用要求。

Boost PFC电路中开关器件的损耗分析与计算

根据开关器件的物理模型 ,分析了开关器件在Boost电路中的损耗 ,并计算了BoostPWM和PFC两种不同电路的开关损耗 ,给出了开关器件的功耗分布。最后对一台 3kW的Boost型PFC整流电源进行了优化设计。

UPFC潮流控制与优化的研究

FACTS对电力系统暂态的控制作用已被广泛认可 ,但对稳态方面的作用仍需要进一步的研究。文中基于功率注入法 ,建立了统一潮流控制器 (UPFC)的稳态模型 ,分析了 UPFC的潮流控制特性 ,同时通过三维立体图像形象地显示出 UPFC的控制范围。基于该模型 ,UPFC的潮流控制研究可转化为一个优化问题的求解。通过求解最优潮流问题可得到 UPFC所在支路的传输功率、系统发电费用和系统网损。 IEEE— 1 4和 IEEE— 30节点系统的优化结果表明 :UPFC对系统局部范围内的潮流有相当大的调节作用 ,但对于系统范围内的经济性目标却作用有限。这说明 UPFC稳态控制能力依赖于系统的运行目标 ,因此 UPFC在稳态下的最佳控制策略应该是与相应运行方式相结合的区域目标下的优化控制。该结论对

基于模型预测的新型三电平PFC电路研究

三电平功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路作为一种有效降低开关管电压应力的方法,可在一定程度上减小开关损耗和滤波器的体积。为减少传统T型拓扑的开关管数量,降低拓扑成本即控制的复杂度,将T型拓扑、背靠背拓扑和三电平结构有机融合,构造出一种开关管数量少的新型三电平功率因数校正拓扑(Nnovel Three-Level Power Factor Correction Topology,NTLPT)。为有效减少该拓扑结构系统稳态误差,拓扑采用模型预测控制,可实现新型三电平功率因数校正拓扑在一个工频周期内二极管桥臂间输出三电平波形。详细分析了所提拓扑的电路结构和工作原理,根据所用模型预测控制对拓扑的模型及优化目标作出了详细推导。通过MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了额定输入为220 V/50 Hz,额定输出为1 kW/400 V的仿真试验平台。仿真结果验证了新型三电平功率因数校正拓扑的可行性和理论分析的正确性,可广泛使用。

无桥拓扑有源PFC的理论和仿真研究

针对传统有源Boost-PFC的功率开关器件开关导通损耗大,承受较高的电压、电流和热应力的不足之处,提出了一种新型的无桥有源PFC电路(BLPFC)结构。该电路用两个IGBT取代了传统整流桥下桥臂的两个整流二极管,并采用双闭环平均电流控制策略,使之具有传统PFC提高功率因数和降低电网谐波的特点,又具有提高系统开关器件效率,降低系统损耗,发热和成本的优点。利用Matlab/Simulink的SimPowerSystems工具包对设计的BLPFC电路进行仿真,仿真结果表明,与传统的有源PFC相比,无桥有源PFC电路能够很好地提高系统的效率,降低开关器件损耗,抑制电流谐波,且输入电流能够很好地跟踪输入电压波形。

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路,将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联,谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流,有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗,箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现 ZVS 开关,变换器具有电压应力较低的特点。该文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件,研制了一台 1kW 最小电压有源箝位功率因数校正变换器。

一种新型无桥Boost PFC电路

提出了一种新型无桥Boost PFC电路,该电路通过在2nd Dual Boost PFC(2ndDBPFC)的基础上增加两条耦合支路来实现升压二极管的自然关断和开关管的ZCS,大幅度提高了整机的效率。本文详细分析了该变换器的工作原理,讨论了实现开关管ZCS和升压二极管自然关断的条件,一台300W的实验样机验证了理论分析的正确性。由于DB PFC的输入母线直接与电感相连,导致很大的EMI,本文的新型无桥Boost PFC电路很好地解决了EMI的难题,Saber仿真结果表明该电路与传统Boost PFC电路的共模干扰几乎相等。