New DCM Operated Single Phase Bridgeless Cuk Derived Converters for Power Factor Correction

This paper presents a power factor corrected (PFC) new bridgeless (BL) Cuk Topologies for low power applications. A BL configuration of Cuk converter is proposed which eliminates the usage of diode bridge rectifier at the front end of the PFC converter, thus reducing the switching and conduction losses coupled with it. This new BL Cuk converter has two semiconductors switches. The current flow during each switching cycle interval of the converter reduces the conduction losses compared to the conventional Cuk PFC converter. It also reduces the input current ripple and Electromagnetic Interference (EMI). The inrush current during the starting period is limited and the input, output currents of the converter are continuous with minimum current ripple. Hence it is preferred mostly compared to other PFC circuits. The proposed topology works in the Discontinuous Conduction Mode (DCM) with simple control circuitry to achieve almost a unity power factor with less distortion in the input AC current. The switching of the power switches is done under zero current. The proposed PFC topologies are theoretically investigated and performance comparisons are made with the conventional rectifiers. The proposed PFC converter is simulated in MATLAB/SIMULINK with Fuzzy Logic Controller (FLC) and results are demonstrated to evaluate the effectiveness of the controller.

基于PFC电路直流纹波抑制的二阶自适应滑模控制器设计

文中提出一种背靠背型中性点钳位式(back-to-back neutral point clamped,BT-NPC)功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,并设计二阶自适应滑模控制方法用于提高电路鲁棒性与降低电流谐波含量。首先,分析所提三电平PFC电路工作特性,推导该电路的等效模型及其模态扰动,并分析模态扰动量对其工作特性的影响;然后,结合高阶滑模理论与自适应控制两者的优点,设计二阶自适应滑模控制器,既使电路具有变结构控制的良好鲁棒性,又能最大限度的减小控制震颤。同时,基于电流带宽分析,设计比例谐振控制器补偿交流电流与工频相位,并设计基于扩张状态观测器的直流电压采样滤波方法,用于消除二倍频纹波造成的电流谐波影响。最后,基于BT-NPC电路,搭建220 V/50 Hz、1 kW/400 V的实验样机,实验结果验证所提变换器的可行性和控制方法的有效性。

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。

A RESEARCH TO HIGH-PERFORMANCE MULTI-LEVEL SINGLE-PHASE AC/DC POWER FACTOR CORRECT SWITCHING CONVERTER

This letter studies and analyzes the working features of main circuit of tri-level boost Power Factor Correct(PFC) converter and the advantages of tri-level switch converter in aspects of bearing high-voltage of power components,overall system loss and magnetic component selection based upon the single-level boost PFC switch converter.Besides,relying on the application of mi-croprocessor in power converter technology and DSP(Digital Signal Processing) chip's strong cal-culating capacity,the letter presents the adoption of modified scheme of tri-level boost PFC converter under the control of predictive control algorithm.Moreover,the operating principle and control method are specified,the results of circuit test and analysis are provided and the advantages of pre-dictive control technology-based multi-level boost PFC converter is verified.

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。

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。

无电流传感复合前馈控制无桥功率因数校正变换器

有源功率因数校正(APFC)是AC-DC变换器的重要组成部分,其目的是改善输入侧电能质量,提高系统功率因数。传统的有源电流控制功率因数校正(PFC)变换器需要准确地提取升压电感电流,而双二极管式无桥PFC变换器升压电感位于整流部分之前,电感电流不再是单一方向流动,这使得其电流采样电路相比更复杂。为此该文提出一种基于观测器的无电流传感方案。方案中针对占空比误差的不确定影响修正了无桥PFC电流观测器算法,实现了占空比误差自适应的电流观测器,进一步基于所提观测器实现对负载信息的观测,设计出无电流传感的复合前馈控制方案,运用负载观测信息改进电流内环参考形式,同时利用输出电压纹波观测值进行2次谐波前馈补偿,最终实现无电流传感控制条件下变换器高动态响应设计。该文搭建了225 W单相双二极管式无桥PFC的实验样机,实验结果表明,在开关频率100 kHz时电流观测精度达到96.75%,所提控制方案输入电流的总谐波畸变率(THD)含量约为5%,功率因数(PF)约为99.85%,半载动态响应时间10 ms,相比于传统PI控制无桥PFC变换器提高了约90%。

基于单周期控制的三相PFC整流器输入电流相位滞后及闭环补偿

三相功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛研究。但在中频或工频中大功率场合,传统单周期控制策略下的三相PFC变换器将产生输入相电流滞后于相电压的基波相移问题,从而导致系统输入功率因数明显下降。针对三相中频VIENNA整流器分析传统单周期控制策略下产生基波相移的机理,提出一种改进的单周期控制策略,并详细推导该控制策略的核心控制方程,给出具体实现方法。该控制策略能有效的根据变换器负载情况对输入相电流的相位进行自动补偿,从而减小了基波相移量,改善了基于单周期控制的中频中大功率下的三相PFC整流器输入功率因数,减少了系统无功损耗,提高了系统效率。通过实验验证了理论分析的正确性。

数字控制的单周期PFC整流器的设计与分析

单周期控制作为一种简单有效的非线性控制方法,广泛应用于高功率因数整流器。该文研究一种基于单周期控制的三相三开关功率因数校正(power factor correction,PFC)整流器,基于状态空间平均法研究了三相整流器的控制规律,针对单周期控制下输入电流的奇次谐波问题,提出一种改进的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)方法,通过改变比较器的输入调制信号,消除了传统单周期控制方法所带来的输入平均电流中的奇次谐波,并进行了稳定性分析。最后,提出一种数字控制的PFC实现方案。实验结果表明,该文所提出的控制方法使三相整流器输入电流的谐波含量明显降低,功率因数和电能质量得到提高,且有良好的动态响应性能。

高功率因数三相单管Boost PFC变换器

三相单管Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器具有开关管零电流开通、二极管无反向恢复、开关频率恒定、控制简单、成本低等优点,适用于中低功率场合。但在工频周期内占空比恒定,尤其在输入电压较高时,输入电流谐波含量较大、功率因数(power factor,PF)相对较低。分析三相单管Boost PFC变换器的PF值。在此基础上,提出变占空比控制的方法,从而降低输入电流谐波、提高PF值。为了简化电路实现,进一步给出一种拟合占空比的方法。与定占空比控制相比,所提方法还具有输出电压纹波小和效率高等优点。完成一台3kW的原理样机,进行实验验证,实验结果验证了理论分析和参数设计的正确性。

一种新颖的应用于PFC电路中电流控制的方法

该文针对数字滞环控制PFC电路中存在电流脉动较大的问题,提出了一种电流脉动最小化的算法。通过计算出电流上升、下降的斜率,并结合电流采样值,实时的计算出每个开关周期的占空比。另外,该文针对数字系统离散采样的特点,根据每个开关周期的占空比调整相应的电流采样点,以保证电流采样的精度。实验结果表明,该文提出的电流脉动最小化算法可以减小开关周期内的电流脉动,同时保证系统的快速响应性。

基于比例谐振的PFC控制器及其单次谐波抑制

针对传统PFC控制器中电流环PI参数不易调整等问题,给出了一种新颖的PFC控制器PRBPFCC(Proportional-Resonant-Based PFC Controller),其原理推导明了,形式简单,使得在控制器设计时难度降低。进而,又给出了另一种新型控制器,能够对PFC电流中的单次谐波进行抑制。以上提出的控制器及相关结论都用仿真和实验进行了验证。

单周期控制PFC变换器的输入电流畸变研究

分析单周期控制单相功率因数校正(power factor correction,PFC)电路中传统单边调制方式对输入电流波形的影响,揭示输入电流中低频奇次谐波与调制方式之间的关系。在此基础上,提出以三角波作为载波的双边调制方法,使得开关周期内电感电流上升与下降的过程都得到控制,从而摒除了单边调制带来的输入电流低频奇次谐波,提高了电流质量。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,验证了双边调制单周期控制功率因数校正的可行性。

输入电压不平衡时三相PFC整流器改进单周期控制策略研究

三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛重视。当输入不平衡时,三相PFC整流器直流侧输出电压将产生两倍于输入电源频率的脉动,该脉动信号经过传统单周期控制环路作用最终导致变换器输入电流产生较大幅值的三次谐波分量,影响输入电流品质。文章通过详细分析输入不平衡时,单周期控制的三相PFC整流器输入输出特性,提出在传统单周期控制策略中引入谐振控制器,从而可以有效抑制输入不平衡引起的单周期控制的三相PFC整流器输入电流中的三次谐波分量,进而大大改善输入电流品质。本文给出了谐振控制器的设计方法,建立了新的控制策略下的系统传递函数并分析了满足系统稳定性要求的设计准则。最后通过仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于输入不平衡时,改善三相PFC输入电流品质的有效性。

基于单周期控制的通用三相PFC控制器的研究

分析了具有串联升压拓扑结构的三相boost整流器,提出了一种基于单周期控制技术的三相PFC控制器,它可以实现单位功率因数和低电流畸变。该控制器不需要乘法器,控制方法简单、可靠,而且在任意时刻只有两个开关管工作在高频状态,所以开关损耗降到了最低程度。最后给出了试验结果。

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。

单周控制无桥Pseudo-Boost PFC变换器

本文研究了一种新型无桥Pseudo-Boost功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器,变换器完全消除了传统Boost PFC变换器的整流桥,无桥Pseudo-Boost PFC变换器存在谐振支路,但却呈现出PWM变换器的性质;分析了无桥Pseudo-Boost PFC变换器的工作原理,在交流输入电压正半周或是负半周内,具有传统Boost PFC变换器的特性,其电压传输比与谐振支路参数无关。为了验证该新型变换器的有效性,采用了单周控制策略的数字控制实现方案,仿真和实验表明,该变换器直流输出电压稳定,交流输入电流与输入电压相位相同,功率因数可达到1,具有PFC变换器的功能。