基于全橋結(jié)構(gòu)的單相單級(jí)有源功率因數(shù)校正關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)是消除電力電子設(shè)備諧波污染、提高輸入功率因數(shù)的有效方法。單級(jí)全橋功率因數(shù)校正技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、高頻變壓器雙端勵(lì)磁等優(yōu)點(diǎn),適用于中大功率領(lǐng)域。目前,單級(jí)全橋PFC技術(shù)在效率、功率因數(shù)校正效果等方面的研究已經(jīng)相對(duì)成熟,但在電路結(jié)構(gòu)方面存在:母線電壓尖峰大、高頻變壓器容易偏磁、啟動(dòng)過(guò)程輸入電感過(guò)流、輸出電壓紋波較大等問(wèn)題,影響了單級(jí)全橋PFC技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。當(dāng)前的解決方案往往只針對(duì)其中的一個(gè)問(wèn)題,如同時(shí)解決

2、多個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電路復(fù)雜程度增加。為此,有必要針對(duì)這幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,使用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)同時(shí)解決多個(gè)或全部的問(wèn)題。
　　單級(jí)全橋PFC變換器由于變壓器存在漏感,在電路換流過(guò)程中母線上會(huì)產(chǎn)生較大的電壓尖峰。將箝位技術(shù)應(yīng)用到單級(jí)全橋PFC變換器中,能夠解決變壓器漏感在換流過(guò)程中產(chǎn)生的母線電壓尖峰大的問(wèn)題。研究了基于有源箝位的單級(jí)全橋PFC變換器的母線電壓尖峰抑制策略,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針有源箝位方案的不足提出了基于無(wú)源箝位的單級(jí)PF

3、C變換器,分析了電路工作原理及母線電壓尖峰抑制機(jī)理,分析了母線電壓尖峰抑制情況并給出了箝位電容的設(shè)計(jì)方法,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　單級(jí)全橋PFC變換器特有的工作方式導(dǎo)致變壓器存在獨(dú)特的偏磁現(xiàn)象,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。在分析變壓器偏磁機(jī)理的基礎(chǔ)上,針對(duì)偏磁問(wèn)題提出一種基于死區(qū)調(diào)節(jié)的偏磁抑制策略。借助箝位電路允許在橋臂開(kāi)關(guān)管的工作時(shí)序中添加適當(dāng)死區(qū)的特點(diǎn),在變壓器正負(fù)勵(lì)磁時(shí)間內(nèi)添加死區(qū),并通過(guò)分別調(diào)節(jié)正負(fù)死區(qū)的大小確保變

4、壓器伏秒積平衡,從而抑制偏磁。該偏磁抑制策略僅改變了電路的工作時(shí)序,具有不影響系統(tǒng)性能、不改變主電路結(jié)構(gòu)、既能使用數(shù)字控制又能使用模擬控制實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。分析了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響,設(shè)計(jì)了基于積分復(fù)位的控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)偏磁抑制策略,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了偏磁抑制策略的正確性。
　　單級(jí)全橋PFC變換器在起動(dòng)過(guò)程中存在輸入電感容易過(guò)流的問(wèn)題,影響系統(tǒng)的可靠性。利用箝位電路特點(diǎn),提出一種Buck啟動(dòng)方法。在不增加電路復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上通過(guò)改變開(kāi)

5、關(guān)管的工作時(shí)序抑制啟動(dòng)過(guò)程中輸入電感過(guò)流,解決了啟動(dòng)問(wèn)題。在提出啟動(dòng)方法的基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了啟動(dòng)方法的工作原理,建立了簡(jiǎn)化模型,分析了啟動(dòng)過(guò)程中輸入電感電流的變化規(guī)律,給出了占空比等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)方法,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了啟動(dòng)方法的可行性及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。
　　單級(jí)全橋PFC變換器使用一級(jí)電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正及DC/DC變換,導(dǎo)致輸出電壓存在較大的二倍工頻紋波,影響系統(tǒng)輸出特性。傳統(tǒng)方式通過(guò)增大輸出濾波電容的容量來(lái)降低輸出電