新闻中心

EEPW首页 > 电源与新能源 > 设计应用 > 双重单级PFC软开关变换器

双重单级PFC软开关变换器

作者:时间:2013-08-23来源:网络收藏

摘要:针对目前开关不能在一级同时实现高功率因数、高效率、大功率输出的缺点,提出了一种双重单级(PFC)拓扑结构。详细分析了的各种工作模态,给出了参数的设计方法以及实现高功率因数和的条件。实验验证了变换器的可行性和正确性。该变换器在诸如风力发电系统、大功率分布式电源系统、航空等领域中具有重要应用价值。
关键词:变换器;

1 引言
近年来,随着智能电网、微电网的快速发展,电网对电力电子装置提出了更高的要求,希望开关变换器能在一级同时实现高功率因数、高效率、大功率输出。为满足高效率的要求,必须减少其损耗,最好的方法是软开关。软开关电路分为准谐振、零开关脉宽调制(PWM)和零转换PWM电路3大类。综合考虑,采用零电压开通和零电压关断(ZVS)来实现软开关。为达到各类谐波标准,电力电子装置输入端必须校正输入电流,减少谐波对电网的污染。单级有源PFC电路能够克服两级有源PFC动态响应慢、成本高、两级转换效率低等缺点。
在此从单级PFC变换器和软开关变换器的拓扑结构分析入手,将以上两个变换器做适当组合,从而形成了双重单级PFC软开关变换器,双重变换器可减小输入和输出滤波器体积和重量,极易实现冗余控制,提高了系统的可靠性。同时,模块化结构易于并联运行,实现大功率输出。

2 工作原理
图1为双重单级PFC软开关变换器。由两个单重正激式软开关PFC变换器并联而成,单重正激式软开关PFC变换器由Boost单元和正激式软开关单元构成。V1,V2为辅助开关管;V1,V4为主开关管;L1,L2为输入电感;Lr1,Lr2为谐振电感;CV1~CV4为V1~V4的寄生电容;Lm1,Lm2为正激式变压器T1,T2的激磁电感;C1,C2为筘位电容;C3,C4为储能电容;VD5,VD7为整流二极管;L3,L4为输出滤波电感;C5为输出滤波电容;R为等效负载。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175739.htm

a.JPG


图2为双重单级PFC软开关变换器稳态时的工作波形。在一个开关周期Ts内,该单元具体的工作过程大致可分为16个阶段。为了简化分析,先假定:电路工作在稳定状态,所有元器件都是理想的;C3,C4上电压保证其上的电压恒定;在一个Ts内输入电压不变,为常数;Lm1= Lm2,Lr1=Lr2,Lr1Lm1,Lr2Lm2;C1>>CV3,C2>>CV4;C1,C2足够大,认为其上的电压保持不变,相当于一个恒压源;储存在Lr1,Lr2中的能量大于储存在谐振电容中的能量,以便实现开关管的ZVS。
模态1[t0~t1] V3和V2开通,V4和V1关断,VD2,VD3,VD5,VD8正向导通,VD1,VD4,VD6,VD7反向截止。L1的电流iL1在输入电压Uin的作用下线性上升,C3给T1的初级绕组充电,Uin和L2给C4充电,L2的电流iL2线性下降。T1的初级绕组电流iLr1在uLr1=uC3-uLm1作用下线性上升,而T2的初级绕组电流iLr2在uLr2=-uC2-uLm2作用下线性下降,CV3的电压uCV3=0,CV4的电压uCV4=uC4+uC2。T1的次级绕组电压uns1= uC3/n,而T2的次级绕组电压uns2=-uC2/n。L3上的电流iL3线性上升,L4上的电流iL4线性下降。此模态结束于V3的关断。
模态2[t1~t2] V3和V4均关断,V2继续开通,V1继续关断,VD1,VD3,VD5,VD8正向导通,VD2,VD4,VD6,VD7反向截止。Uin和L1给C3充电,iL1线性下降,V3关断,励磁电流iLm1和次级绕组映射回来的电流给CV3充电,很明显,该过程很短,iLm1可认为不变,uCV3很快从零开始上升到uC3。此时VD6开通,下半单元的电路状态与模态1中状态相同,此过程结束。
模态3[t2~t3]V3和V4均关断,V2继续开通,V1继续关断,VD1,VD3,VD5,VD6,VD8正向导通,VD2,VD4,VD7反向截止。Uin和L1仍给C3充电,iL1线性下降,此模态开始于t2,由于VD5,VD6都导通,故CV3被箝位在uC3,加在Lm1上的电压为零。由于Lr1和CV3的谐振作用,uC3被iLr1充电到uC3+uC1,V1的体二极管VDr1导通,为V1的ZVS开通创造了条件。当uCV3上升到uC3+uC1时,VD5反向截止。下半单元的电路状态与模态1中状态相同。


上一页 1 2 下一页

评论


相关推荐

技术专区

关闭