5KW全数字控制单级隔离型功率因数校正变换器的研究

针对当前工业界某些应用场合对高功率等级、严格的谐波标准以及输入输出隔离等要求,本文提出了一种新的结合主电路拓扑和全数字控制技术的解决方案。文章采用单级隔离型全桥结构结合传统BOOST型PFC的输入电感和RCD钳位作为主电路,并融合数字控制方案,对中大功率单级隔离型PFC进行研究。分析了主电路工作原理,建立了小信号动态模型,并详细分析了基于该模型的数字控制设计方法。提供输入输出电气隔离的变压器,允许输出可以在较大范围内调整,既可以高于输出电压也可以低于输出电压,此外允许多路输出方案。因此,变压器的加主大大拓展了此类PFC变换器的使用场合。采用的数字控制方案,同时具有良好的动态响应特性和稳态调节特性。优异的动态调节特性可成功解决模拟控制引入的变压器偏磁现象。基于本文所提出的拓扑以及控制方案,制作了5kW输出功率且开关频率为55kHz的样机,验证了该变换器的优良性能,满载功率因数达到0．994,效率超过92％。     

基于全桥结构全数字控制单级隔离PFC变换器

提出了一种适合中功率应用场合的功率校正电路的解决方案.采用单级隔离型全桥结构并结合传统Boost型功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)的输入电感和RCD箝位电路作为主电路,融合基于数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)的全数字控制方案,对中大功率单级隔离型PFC进行了研究.在应用主电路工作原理和小信号动态模型的基础上,分析了该模型的数字控制设计方法.所采用的双环全数字控制方案同时具有良好的动态响应和稳态调节特性,可消除变压器的偏磁现象.最后基于提出的拓扑及控制方案制作了3kW,110kHz的样机.实验结果表明,该变换器的满载功率因数达0.995,效率超过92%.     

中大功率单级功率因数校正变换器中的偏磁分析及其数字化抑制技术

单级型功率因数校正变换器(power factor corrector,PFC)由于具有功率密度高和电气隔离等特点,在工业界某些应用场合得到应用,然而,用于该拓扑的变压器很容易饱和。基于隔离型全桥拓扑,分析单级型PFC变换器中变压器偏磁产生机理,并推导出每个工频周期内最大的理论偏磁值。对传统偏磁抑制方案进行分析,阐述数字控制本身对偏磁抑制的原理,提出一种能对偏磁有效抑制的数字补偿方案。新型数字控制方案能够避免传统方案所带来的诸如占空比减小和效率降低等问题,且不会增加电路复杂度。通过额定输出功率为5.1 kW的样机验证了所提出的偏磁抑制方案的有效性和优越性。样机满载功率因数达到0.994,效率超过92%。     

全桥隔离型单相单级功率因数校正变换器研究

隔离型单相单级全桥功率因数校正(SS-FB-PFC)变换器具有高功率密度、高功率因数、电气隔离等特点,适用于中大功率应用场合。介绍了该变换器的工作原理,建立了其动态模型,进行补偿器设计,提升了系统的稳态调节和动态响应能力。在此基础上分析SS-FB-PFC电路固有的隔离变压器偏磁产生机理,基于数字控制技术提出一种简单的SS-FB-PFC变换器解决方案,该方案易于实现,且能避免原有控制方式带来的变压器偏磁现象,与传统偏磁抑制方案相比不增加电路成本和复杂度。最后,通过实验验证了电路拓扑及控制方案的有效性。     

新型单级隔离型软开关功率因数变换器

提出一种兼具软开关和箝位的新型单级隔离型功率因数校正(power factor correction, PFC)变换器拓扑。该变换器能满足电气隔离的应用要求,提升单级隔离型PFC的功率等级。与传统单级结构相比,新拓扑输入电流校正效果明显,功率因数接近1。比较理想地解决了限制单级PFC功率等级的变压器漏感和直流母线电容应力问题。箝位电容被充分利用简化了零电压过渡(zero voltage transition,ZVT)技术在隔离型变换器中的应用,既改善了半导体器件的开关环境、优化系统电磁兼容,又提高了变换效率。实验制作一台87 kHz,1 kW的样机。实验结果表明,这种变换器的效率基本能够达到93%(半载以上),功率密度提高,适合于中大功率应用场合。     

隔离型功率因数校正变换器的数字化控制研究

对该隔离型功率因数校正变换器(PFC)的基本工作原理进行了简单分析,并针对该主电路建立了小信号动态模型。基于TMS320LF2407A的基础上,具体分析了针对隔离型PFC变换器的控制方案,并采用电流电压双环控制技术,同时获得良好的动态响应特性和稳态调节特性。最后,制作了PFC工作频率为110kHz的试验样机,验证了该变换器的优良性能,满载功率因数达到0.995。     

基于重复控制的单相单级隔离型AC/DC变换器探讨

针对单相单级隔离型AC/DC变换器拓扑,提出一种基于重复控制的电路控制方案。拓扑通过将部分桥臂复用,同时实现PFC功能与DC/DC功能,从而简化了电路结构,提高了功率密度。基于重复控制的方案进一步改善了电路的性能。最后,通过仿真和制作一台样机验证了该电路拓扑与控制方案的可行性。     

基于死区调节的单级桥式PFC变换器变压器偏磁抑制策略

由于单级桥式功率因数校正(power factor correction,PFC)AC/DC变换技术电路的特点,导致高频变压器存在偏磁现象,影响了系统正常工作。传统方式通过增加变压器气隙或使用隔直电容来防止变压器出现偏磁,但是该类方案影响了系统性能,并增加了电路的复杂程度。结合有源钳位单级PFC变换器工作特点,提出一种基于死区调节的偏磁抑制策略,通过改变系统的开关时序,能够有效抑制偏磁,具有不增加主电路复杂程度、不影响系统性能、数字控制和模拟控制都能够实现等优点。在提出抑制策略的基础上,设计实现电路,给出死区设计方法及影响规律,最后进行实验研究。理论分析及实验结果表明,该策略能够在不影响系统性能的基础上,有效抑制单级桥式PFC变换器的高频变压器偏磁。     

基于反激变换器的高功率因数LED驱动电源设计

针对传统的发光二极管(LED)驱动电源功率因数不高的问题,在需要隔离的场合选择反激电路作为主电路拓扑实现功率因数校正(PFC)和LED电流的控制.通过对反激电路的分析,证明了工作在临界连续模式下的反激电路可以实现PFC.该电源是采用反激电路为主电路的单级PFC电路,能同时实现PFC和LED电流控制,相对2级功率因数校正...     

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。     

电流型高频链AC-AC变换器

提出电流(Boost)型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效解决变换器启动时储能电感的磁饱和问题及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出这类变换器的仿真和原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

半桥结构的两级功率因数校正器研究

在两级功率因数校正器中,Boost PFC＋半桥DC/DC拓扑结构虽然表现良好,但依然存在着后级功率器件电压应力过大、输出电流纹波不够理想等缺点。将输入串联、输出并联半桥拓扑能使单个模块的输入电压和输出电流减小这一特性运用于两级PFC之中,同时引进了交错控制技术。对采用新结构的两级PFC变换器进行了工作模态分析。仿真结果表明,后级功率器件电压应力以及输出电流纹波明显减小,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

Bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using coupled inductor for dc microgrid applications

The main objective of this project is to study the analysis and design of an isolated three-phase bidirectional dc-dc converter connected to the dc microgrid system. The proposed topology achieves efficient power conversion with a wide input voltage range, continuous input current, and bidirectional operation. In forward mode operation, the topology acts as a three-phase push-pull converter to reach a step-up voltage conversion ratio (90 to 450 V ). In backward mode operation, the converter acts as an interleaved flyback converter to provide a step-down voltage conversion ratio (450 to 90 V ). Over and above that, in both operation senses, the dc voltage gain is presented. The main advantages of this topology are high-switching frequency, the three-phase transformer that provides galvanic isolation between the dc voltage link bus to the battery or ultra-capacitor storage, and input/output filters size reduction. Besides, a fewer number of power switches, the frequency of output voltage, and input current ripple are three times higher than the switching frequency. The three active switches are connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuit. Ultimately, the theoretical analysis of the proposed topology is carefully confirmed with the experimental results of the 4 kW converter prototype.     

Soft‐Switching Interleaved PFC Converter with Lossless Snubber

This paper describes a soft‐switching interleaved power factor correction (PFC) converter with a lossless snubber. AC–DC converters require a unity input power factor characteristic with highly efficient operation to prevent the inflow of harmonic current to the power source. The proposed PFC converter improves the input current ripple with interleave control. The converter realizes a high efficiency by the soft‐switching operation of all switching devices without a large auxiliary resonant circuit. This paper introduces the soft‐switching operation of the converter. In order to confirm the validity of the proposed converter, experiments with a prototype of the PFC converter have been performed. The experimental results indicate that the proposed converter can realize the soft‐switching operation of all switching devices, a reduction in the input current ripple, a unity power factor of 98% or more, a sinusoidal input current, and constant output voltage control. The efficiency of the proposed PFC converter with a lossless snubber is higher than that without the lossless snubber. The results presented in this paper confirm the validity of the proposed converter.     

一种新型单级PFC变换器的研究

提出了一种新型单级功率因数校正变换器的电路拓扑,分析了其工作原理。通过一台输出容量为600W的实验装置,研究了该电路拓扑的输入、输出性能指标。实验结果表明,应用该电路拓扑的实验装置,其功率因数较高,输入电流的总谐波畸变较低,输出电压纹波小,而且整个装置的效率也比较高。