断续模式下的半无桥Boost PFC变换器设计

半无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器凭借其桥臂无直通风险的优势,广泛应用于军工、医疗等高可靠性应用场合。电流断续模式(DCM)下,Boost PFC变换器具有零电流开通、二极管无反向恢复等优点。针对传统控制方式下输入电压过高导致的电流畸变和功率因数降低等问题,首先在恒定占空比控制的基础上详细推导了变占空比的控制方式,从而在全范围内提高功率因数。其次,为解决传统的半无桥Boost PFC变换器使用2个功率电感带来的系统体积、占板面积大等问题,采用完全解耦的磁集成方式来提高功率密度。最后,搭建了1台150 W基于完全解耦磁集成的半无桥Boost PFC变换器,实验验证了所提方案的有效性。

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。

谷值V2控制Boost PFC变换器快时标分岔现象抑制

为抑制Boost PFC变换器中的快时标分岔现象,采用频闪映射的方法对变换器建立数学模型,通过MATLAB/Simulink仿真软件绘制出电感电流的时域波形图和频闪采样图进行分析。施加谷值V2控制对变换器中的快时标分岔现象进行抑制,将传统斜坡补偿控制快时标分岔和谷值V2控制进行比较分析,仿真结果表明:在同等参数条件下谷值V2控制的控制效果较优于斜坡补偿控制,且谷值V2控制具有瞬态响应快、工程应用实现简单等优点。

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。

基于改进平均电流控制的Boost PFC变换器研究

针对平均电流控制的Boost PFC变换器存在动态性能不够理想等问题,基于平均电流控制的Boost PFC变换器,通过引入一个前馈补偿环节对传统平均电流控制进行优化。首先对平均电流控制的BoostPFC变换器进行了理论分析,并通过Simulink模块搭建了BoostPFC变换器电路模型,再搭建了平均电流控制和带前馈补偿环节的平均电流控制模型分别进行仿真,最后对仿真结果进行分析。通过仿真对比分析发现,在平均电流控制引入前馈控制方式后,提升了系统功率因数,提高系统响应能力和稳定性。

单周期控制的带纹波抑制单元无桥Boost PFC变换器研究

为了解决无桥Boost功率因数校正(PFC)存在的输出电压纹波大以及输出负载突变造成的输出电压波动等问题,本文基于无桥Boost PFC拓扑设计了纹波抑制单元来减小直流输出纹波,并增加负载电流前馈控制对单周期控制方式进行优化。通过理论及原理分析可知纹波抑制单元可以减小直流输出纹波,负载电流前馈控制能够迅速采集负载突变引起的输出电流变化量并及时进行信号调理使输出电压快速稳定,从而增加系统动态稳定性。通过仿真对比分析发现,使用抑制单元后纹波系数从2.5%降到0.25%,在增加负载电流前馈控制方式后,无论是输出负载突增还是突减,输出电压都可以在极短时间内恢复稳定,并且功率因数校正的效果不会发生变化,该仿真结果验证了设计的正确性。

两种前级Boost PFC变换器的比较研究

中大功率的LED照明驱动器一般都包含前级Boost PFC变换器。全面比较两种常用的前级Boost PFC变换器——采用SiC二极管的电流连续模式(CCM)的Boost PFC变换器和采用Si二极管的交错并联临界模式(CRM)的Boost PFC变换器。480 W LED照明驱动器样机的实验结果表明:在后级DC-DC变换器相同的情况下,前级采用SiC二极管CCM Boost PFC变换器的样机的THD和PF性能更优越、成本更低、体积更小,而前级采用交错并联CRM Boost PFC变换器的样机的电感电流纹波更小、效率略高。

基于无桥Boost PFC的软开关电路设计

功率因数校正(power factor correction,PFC)技术可以有效提高电网功率因数并减少电网谐波污染。相对于常规Boost PFC电路来说,无桥Boost PFC电路在每一个开关周期内同时导通的功率器件少,电路的导通损耗低,能明显地提高电能的转换效率,但是当电路的开关频率提高时,电路的开关损耗也会大大增加,所以有必要在无桥Boost PFC电路中引入软开关技术。设计了一种采用平均电流控制的最小电压应力无源无损无桥Boost PFC软开关电路,并通过Saber软件进行了仿真验证,证明了设计的无桥Boost PFC软开关电路与平均电流PFC控制方法的有效性。

基于频闪映射的Boost PFC变换器中的间歇性分岔和混沌现象分析

该文推导出了一组频闪映射方程来精确描述峰值电流控制型 Boost PFC 变换器的非线性动力学特性。数值模拟发现了系统电流在输入电压周期内会出现间歇性分岔和混沌现象,并对这种间歇性分岔和混沌的周期性进行了分析。通过对系统占空比的详细研究,发现系统并没有经过倍周期分岔的充分发展到达混沌,而是在倍周期分岔的过程中,发生边界碰撞分岔后以非光滑的方式直接进入混沌的。最后,给出了在输入电压幅值、参考电压和负载变化下系统的稳定域。这些结果对实际电路的设计具有重要的参考价值。

直驱型风电系统大容量Boost PFC拓扑及控制方法

直驱型风力发电系统因其在风力机和发电机之间省去了增速装置,从而提高了系统的效率和可靠性,降低了系统维护费用和直接成本,并以其良好的低电压适应能力而受到越来越广泛的关注。然而,传统直驱系统采用三相不可控整流桥与带有大容量电容器的电压源电流控制型逆变器并网发电。这种结构向永磁同步发电机中注入了大量低频谐波,增加了系统损耗,进而减少了系统功率容量。针对其中的大容量Boost环节,提出一种将三个三相单管Boost型PFC电路并联,并采用载波相移技术加以控制的方案。仿真结果表明,在支路电流均工作于DCM模式的情况下,合成电流近似工作于CCM模式。实现了对永磁同步发电机的输出进行功率因数校正、降低发电机电流的谐波含量、改善永磁同步发电机的谐波特性、提高发电机有功功率输出能力和系统效率的目标。

减小DCM Boost PFC变换器储能电容的方法

在DCM Boost PFC变换器中,输入电流含有初始相位与基波电流相差的三次谐波,不仅功率因数较低,且需要更大的输出储能电容。本文提出一种控制方法,在整个输入电压范围内可以使输入电流仅含有一定量的与基波初始相位相同的三次谐波。与定占空比控制相比,在满足IEC 61000 3 2,Class D谐波标准要求的情况下,可以将储能电容量降低为原来的37%。在满足Energy Star对功率因数要求不低于0.9标准的情况下,输出储能电容最多可以减小为原来的43%。为了简化实现电路,本文进一步提出一种拟合占空比的方法。实验结果验证了理论分析的正确性。

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。

平均电流控制的Boost PFC变换器最恶劣传导EMI频谱分析

平均电流控制的Boost PFC变换器可能工作于电感电流在半个工频周期内全连续、部分断续和全断续的模式,且不同工作模式下,变换器的传导EMI频谱存在差异。为了分析变换器的最恶劣传导EMI频谱并简化EMI滤波器的设计,首先给出变换器不同工作模式的输入电压和负载条件,并给出开关管漏源极电压的波形。通过分析开关管漏源极电压的各次谐波幅值特性指出,传导EMI开关频率基波的最恶劣情况出现在电感电流全连续的工作模式下,其它次谐波的最恶劣情况出现在负载较轻的条件下。

Boost PFC电路辐射EMI分析与抑制研究

功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器产生的电磁干扰对集成电路造成了严重影响,能否快速的解决PFC变换器的EMI问题,对设备的安全稳定运行至关重要.以Boost PFC电路作为研究对象,分析其电路结构并在电路软件中搭建模型,提取电路中噪声源电流,结合辐射噪声计算公式,对电路模型进行场路协同仿真,得到噪声频谱,并在此基础上提出辐射抑制措施.

电压型CRM Boost PFC小信号建模分析与补偿设计

介绍了一种工作电压控制模式下的CRM-Boost功率因数校正(PFC)电路的小信号模型推导过程,该方法是在传统的态空间平均法已不再适用的情况下,采用电流注入等效电路的方法来推导其数学模型,并在小信号数学模型的基础上设计了控制环路的补偿网络。最后在专业开关电源设计仿真平台SIMetrix/SIMPLIS中实现了一个10 W的CRM-Boost-PFC实例设计,仿真验证了该小信号建模方法和补偿设计的合理性。

改进型无桥Boost PFC软开关技术的研究

在分析无源无损缓冲电路拓扑结构的基础上,为了降低开关损耗,进一步提高效率,提出了在改进型无桥Boost PFC(Power Factor Correction,PFC)的基础上增加非最小电压应力电路网络。在理论分析和仿真验证的基础上,研制了一台300W的实验样机。结果表明改进后的无桥PFC电路拓扑具有通态损耗低、电流采样简单,不仅能实现开关管的零电压关断和零电流导通,同时续流二极管实现零电压导通和零电流软关断。

基于临界导电模式的BOOST PFC电路开关特性分析与研究

该文基于对临界导电模式BOOST-PFC电路开关管开关特性的分析,提出了一种解决开关管容性开通损耗的新型方案。利用PFC控制芯片的固有输出延迟时间和合理选择谐振参数,使开关管获得零电压或最低电压的开通条件,减少了开关管开通损耗,同时由于外接谐振电容,进一步改善了开关管的关断条件,提高了电路的工作效率。分析了BCM-BOOST-PFC电路的开关损耗以及在不同输入电压情况下开关管获得零电压或最低电压的开通条件,给出了电路参数的设计方法。实验结果验证了所提出的方案是可行的。

不连续导电模式Boost PFC变换器中快尺度不稳定性研究

导出了不连续导电模式Boost PFC变换器的异步切换映射数值模型。数值模拟发现,系统在输入电压周期里会出现快尺度边界碰撞分岔现象。通过研究电路系统模式的切换临界角的变化对快尺度不稳定性现象进行了详细的描述,同时分析了快尺度不稳定性对器件应力及系统功率因数的影响,给出了系统稳定性随一些参数变化的稳定性区域图。最后,实验验证了这种快尺度不稳定性现象的存在。这些结果对于实际电路的设计具有重要的参考价值。

二次型Boost PFC变换器参数设计及控制研究

二次型Boost PFC变换器仅使用一个开关管即可实现与占空比成平方关系的电压增益,实现宽输入电压,其在新能源领域具有广阔的发展前景。本文对二次型Boost PFC工作原理进行了详细分析,采用状态空间等效模型,对二次型Boost PFC变换器的工作模态进行分析,建立相应的扰动模型。根据两个电感电流,对二次型Boost PFC变换器的工作区域进行划分,为其参数设计和控制采样信号提供理论依据,为变换器的分析和应用奠定了基础。通过样机实验验证了理论的正确性。

低输入电感电流纹波二次型Boost PFC变换器

针对Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电感电流纹波大、电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)问题严重的缺点,提出将二次型Boost变换器应用于PFC变换器,简称二次型Boost PFC变换器,并分析其电路工作模态。当输入电感工作于连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)时,根据储能电感的工作模式(CCM和断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)),将CCM二次型Boost PFC变换器分为CCM-CCM二次型Boost PFC变换器和CCM-DCM二次型Boost PFC变换器。分析不同交流输入电压等级下CCMBoost PFC变换器和二次型Boost PFC变换器的输入电感电流纹波和占空比变化范围。结果表明,与CCM Boost PFC变换器相比,CCM二次型Boost PFC变换器减小了输入电感电流纹波和占空比变化范围。最后,通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。