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。

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。

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。

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。

单周期控制无桥Boost PFC电路分析和仿真

传统有源功率因数校正电路中导通器件多,通态损耗大,不适于中大功率场合应用。新颖的单相功率因数校正电路——无桥Boost拓扑,其结构简单,效率高。文中基于无桥Boost电路,提出一种单周期控制方法,它不需要检测输入电压信号且不需使用乘法器就能实现功率因数校正。单周期控制电路简单可靠,又降低了成本。文中分析了无桥Boost电路及单周期控制的工作原理,并导出了控制系统的稳定性条件。

适用于低电压输出的单级式无桥buck-boost PFC变换器

传统的boost型功率因数校正变换器需要额外1级DC-DC变换器才能实现低电压输出,而buck型拓扑由于在电网电压低于输出电压时没有输入电流而导致电流畸变很大,因此buck-boost型拓扑就成为在低电压输出场合实现单级式功率因数校正的优先选择。相较于经典的级联式buckboost功率因数校正变换器,文中所提出的单级式无桥buck-boost拓扑所需的半导体器件数量更少,且导通回路中的功率器件个数也大大减小,从而可以降低导通损耗;加上引入了耦合电感提高了电压衰减率,因此特别适合低电压输出场合;采用了单周期控制作为功率因数校正的控制方法,具有更好的动态性能,而且电路实现中无需乘法器,还可以进一步简化控制电路、降低成本。仿真结果表明,所提的拓扑工作原理可行、结构简单;采用单周期控制实现的功率因数校正功能可靠、电流畸变率低、功率因数高。

分立电感无桥Boost PFC拓扑的谐振现象研究

通过实验、仿真和等效电路模型分析方法对分立电感无桥Boost PFC电路电感电流上叠加有高频谐振电流的现象做出了详细的分析和研究,指出高频谐振是PFC分立电感与电路的寄生电容组成LC振荡回路所引起的,确定了谐振电流的路径和谐振频率的大小。同时对比分析了不同电感结构的无桥Boost PFC电路,指出分立电感结构是无桥Boost PFC电路产生高频谐振的重要条件。

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。

电压PI+电流预测控制无桥双Boost PFC变换器

针对传统双环PI控制和滞环电流控制的无桥双Boost功率因数校正(PFC)变换器在输入电流畸变、快速动态响应和高功率功率因数间权衡困难的问题。提出一种基于传统电压PI结合预测电流内环控制的优化算法,解决双环PI控制动态响应慢、波形畸变、电压PI结合电流滞环控制功率因数低的问题,实现高功率因数、快速动态响应和低谐波污染的数字控制无桥双Boost PFC变换器。实验表明:所设计的无桥双Boost PFC电路总谐波失真为4.2%,功率因数为0.998。

一种新型无桥Dual—boostPFC软开关技术研究

本文研究了一种非最小电压应力无源无损软开关PWM变换器，与具有最小电压应力的PWM变换器相比，它具有电流应力更小，效率更高的优势。作者分析了非最小电压应力无源无损电路网络的无桥Dual—Boost功率因数矫正（Power Factor Correction，PFC）变换器的工作模态，并且给出了相应的参数设计。仿真结果证实了该方案的可行性。

Dual Boost PFC电路拓扑的研究

传统的Boost PFC电路的整流桥损耗是通信开关电源的主要损耗之一。无整流桥的拓扑更具有效率优势。由于无桥Boost PFC省略了整流桥模块,效率显著的提高。文中分析了一种高效率的Dual Boost PFC的大功率应用,通过实验证明了Dual Boost PFC电路效率比传统的Boost PFC提高1个百分点,还介绍了电阻采样控制电路的使用和如何降低EMI干扰。

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IR1150的无桥Boost高功率因数整流器的研究

传统有源功率因数校正电路中导通器件多,通态损耗大,不适于中大功率场合。基于单周期控制技术的IR1150是一种新型的功率因数校正芯片,无需传统PFC电路所需的乘法器,不需要检测输入电压。以IR1150为控制芯片,提出了一种无桥路高功率因数整流器,分析了其工作原理,对电磁干扰(EMI)和电流检测方案进行了分析与设计。500W的试验样机表明,该整流器电路结构简单、可靠,而且成本低,功率因数可达0.99。

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。

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。

单周期控制DBPFC变换器研究

该文具体分析Boost PFC电路在功率因数校正技术中的适用场合和优缺点。对无桥Boost PFC电路和一般Boost PFC电路的效率进行比较分析,控制方案选择单周期控制(One Cycle Control,OCC),通过实验验证方案的高效率。

基于单周期控制的DBPFC变换器设计

该文具体分析Boost PFC电路在功率因数校正技术中的适用场合和优缺点。对无桥Boost PFC电路和一般Boost PFC电路的特点进行比较分析,控制方案选择单周期控制(One Cycle Control,OCC),通过试验验证方案的高效率。

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。