單級功率因數(shù)校正AC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的整流濾波型AC-DC功率變換器，輸入端功率因數(shù)很低，并含有大量的電流諧波。即使是小容量的家電設(shè)備，由于大量的使用也會造成對電網(wǎng)嚴(yán)重的諧波污染，其危害性也越來越為人們所關(guān)注，進(jìn)入90年代以來隨著國際諧波限制標(biāo)準(zhǔn)的頒布、實施，有源功率因數(shù)校正技術(shù)日益受到重視，并迅速發(fā)展起來。 單級功率因數(shù)校正AC-DC變換器，是用一個功率變換電路同時實現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出電壓隔離、穩(wěn)定等功能，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高等優(yōu)點，更加符合

2、當(dāng)代對電子產(chǎn)品小型、輕量、高性能價格比的要求，特別適合中、小功率場合。因此，研制高性能的單級AC-DC變換器電路拓?fù)?，已成為目前國?nèi)外研究者非常關(guān)注的課題。本文在分析國內(nèi)外單級AC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合簡化電路結(jié)構(gòu)、提高變換器效率的要求，提出了幾種不同結(jié)構(gòu)方式的變換器拓?fù)?。通過理論分析和實驗研究，從不同方面解決了目前單級PFC技術(shù)中存在的問題。 首先提出一種帶抽頭電感的單級AC-DC變換器電路，通過改變抽頭

3、電感的匝數(shù)比，可以調(diào)整輸入電流波形和儲能電容兩端的電壓，使輸入電流主要工作在連續(xù)導(dǎo)通(CCM)模式，從而抑制了儲能電容兩端電壓在輕負(fù)載情況下的電壓上升問題，減小了開關(guān)管的電流應(yīng)力。同時不需要復(fù)雜的控制電路，利用高速響應(yīng)的PWM控制電路，輸出電壓紋波可得到很好的抑制。實驗結(jié)果表明，在寬輸入電壓范圍(100V-240V)均滿足諧波限制國際標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了較高的變換效率，為開關(guān)電源的進(jìn)一步小型化提供了可能。 單級AC-DC變換器，由于功率

4、因數(shù)校正和功率轉(zhuǎn)換融為一體，因此對電路特性的分析相對較困難，目前多數(shù)都停留在對電路工作原理和動作過程的分析上，缺乏進(jìn)一步理論研究的方法和手段。本文將擴展?fàn)顟B(tài)平均法的理論，應(yīng)用到單級AC-DC變換器的分析和研究中，對所提出的帶抽頭電感的變換器，建立了等效電路模型，并導(dǎo)出反映電路主要特性的狀態(tài)方程式，利用MATLAB/Simulink建立了求解電路狀態(tài)微分方程的數(shù)學(xué)模型，通過仿真實驗對電路進(jìn)行了深入特性分析，為后續(xù)的實驗研究、優(yōu)化設(shè)計打下了

5、良好的理論基礎(chǔ)。也為分析研究單級AC-DC變換器提供了一個實用有效的研究方法和手段。 通常單級AC-DC變換器為了追求結(jié)構(gòu)簡單、成本低，開關(guān)器件多處于硬開關(guān)狀態(tài)，增加了器件的電壓應(yīng)力和功率損耗。近年來各種軟開關(guān)技術(shù)在單級PFC變換器中得到了廣泛的應(yīng)用，但大多因加入有源吸收輔助電路，使變換器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，本文提出一種結(jié)構(gòu)簡單的單級有源箝位軟開關(guān)AC-DC變換器和簡單適用的控制電路，使開關(guān)管兩端電壓箝位在一定數(shù)值，實現(xiàn)了零電壓開關(guān)(

6、ZVS)。同時，功率變換器實現(xiàn)了高功率因數(shù)和高效率的性能轉(zhuǎn)換。 目前單級AC-DC變換器串聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的種類比較多，但無論是兩級還是單級的串聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率由輸入傳送到輸出端，都需要經(jīng)過兩次變換，效率較低。本文在進(jìn)一步分析并聯(lián)式結(jié)構(gòu)能夠提高效率機理的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)型的并聯(lián)式單級AC-DC變換器電路，可以通過調(diào)整上、下并聯(lián)的兩個變換器的能量分配比例，來改善輸入電流波形和效率。實驗結(jié)果證明，變換器的效率有顯著的提高，是在中、