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

1、功率因數(shù)校正(PFC)技術是消除電力電子設備諧波污染、提高輸入功率因數(shù)的有效方法。單級全橋功率因數(shù)校正技術具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、高頻變壓器雙端勵磁等優(yōu)點,適用于中大功率領域。目前,單級全橋PFC技術在效率、功率因數(shù)校正效果等方面的研究已經(jīng)相對成熟,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、啟動過程輸入電感過流、輸出電壓紋波較大等問題,影響了單級全橋PFC技術的應用和發(fā)展。當前的解決方案往往只針對其中的一個問題,如同時解決

2、多個問題會導致電路復雜程度增加。為此,有必要針對這幾種關鍵技術進行研究,使用簡單的電路結(jié)構(gòu)同時解決多個或全部的問題。
　　單級全橋PFC變換器由于變壓器存在漏感,在電路換流過程中母線上會產(chǎn)生較大的電壓尖峰。將箝位技術應用到單級全橋PFC變換器中,能夠解決變壓器漏感在換流過程中產(chǎn)生的母線電壓尖峰大的問題。研究了基于有源箝位的單級全橋PFC變換器的母線電壓尖峰抑制策略,并進行了實驗驗證。針有源箝位方案的不足提出了基于無源箝位的單級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理,分析了母線電壓尖峰抑制情況并給出了箝位電容的設計方法,最后通過實驗驗證了理論分析的正確性。
　　單級全橋PFC變換器特有的工作方式導致變壓器存在獨特的偏磁現(xiàn)象,影響系統(tǒng)正常運行。在分析變壓器偏磁機理的基礎上,針對偏磁問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關管的工作時序中添加適當死區(qū)的特點,在變壓器正負勵磁時間內(nèi)添加死區(qū),并通過分別調(diào)節(jié)正負死區(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現(xiàn)等優(yōu)點。分析了關鍵參數(shù)對系統(tǒng)的影響,設計了基于積分復位的控制電路來實現(xiàn)偏磁抑制策略,并通過實驗研究驗證了偏磁抑制策略的正確性。
　　單級全橋PFC變換器在起動過程中存在輸入電感容易過流的問題,影響系統(tǒng)的可靠性。利用箝位電路特點,提出一種Buck啟動方法。在不增加電路復雜程度的基礎上通過改變開

5、關管的工作時序抑制啟動過程中輸入電感過流,解決了啟動問題。在提出啟動方法的基礎上詳細介紹了啟動方法的工作原理,建立了簡化模型,分析了啟動過程中輸入電感電流的變化規(guī)律,給出了占空比等關鍵參數(shù)的設計方法,最后通過實驗研究驗證了啟動方法的可行性及關鍵參數(shù)設計的合理性。
　　單級全橋PFC變換器使用一級電路實現(xiàn)功率因數(shù)校正及DC/DC變換,導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)方式通過增大輸出濾波電容的容量來降低輸出電