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升压ZVT-PWM转换器在单项功率因数校正中的应用

作者:时间:2009-07-13来源:网络收藏
引言

  目前,电路被广泛应用于单相整流电源的(PFC)技术中。传统的电路工作在硬开关状态,其特点是工作在不连续导电模式时,电感电流峰值正比于输入电压,输入电流波形跟随输入电压波形,因而控制简单;缺点是开关不仅要通过较大的通态电流,而且关断较大的峰值电流会引起很大的关断损耗,同时还会产生严重的电磁干扰。因此,在电路中采用软开关技术不但可以提高开关频率,还能解决开关开通与关断损耗、容性开通、感性关断和二极管反相恢复4大难题。然而,在软开关技术方面前人已经提出好几种电路,如谐振型、准谐振和零开关PWM等,虽然在单相电路中采用这些电路可以提高功率因数和系统效率,但总体上并不理想。本文采用升压转换电路,使其工作在软开关状态,特点是工作在连续导电模式,优点是功率开关管开通损耗和二极管的反向恢复损耗都大大降低,较之采用传统硬开关控制技术的提高了一大步。通过电路仿真和实际电路设计,发现都可以很好地达到功率因数校正的目的,而且显著减少了功率管的开关损耗,抑制了电磁干扰,可获得较高的效率。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/188832.htm

  升压谐振(包括准谐振和多谐振)的谐振电感和谐振电容一直参与能量传递,而且它们的电压和电流应力很大。而零开关PWM转换器中,虽然谐振元件不是一直工作在谐振状态,但谐振电感却串联在主功率回路中,它的损耗较大,同时,开关管和谐振元件的电压应力和电流应力与准谐振转换器完全相同,为此提出了零转换PWM转换器。它可分为零电压转换PWM转换器(升压)和零电流转换PWM转换器(升压ZCT-PWM)。这类转换器是软开关技术的又一飞跃。其特点是工作在PWM方式下,辅助谐振电路只是在主开关管开关时工作一段时间,从实现开关管的软开关;其它时候不工作,从而减小了辅助电路的功耗。而且,辅助电路并联在主功率回路中,辅助电路的工作不会增加主开关管的电压和电流应力,主开关管的电压和电流应力很小。

  升压转换器

  主电路拓扑及工作原理

  电路零转换工作原理

  升压ZVT-PWM转换电路如图1所示,下面来分析所采用电路的工作原理和电路运行模式:升压ZVT-PWM转换器不同于传统的升压转换器,图 1和图2分别为它的电路图及波形图。升压ZVT-PWM转换器在传统的升压转换器基础上增加了一个ZVT 网络,该网络由辅助开关QZVT、谐振电感Lr、谐振电容Cr及二极管D2和D3组成。电路工作时,辅助开关QZVT先于主开关QMAIN 开通,使ZVT 谐振网络工作,电容Cr上电压(即主开关QMAIN 两端电压)下降到零,创造主开关QMAIN 零电压开通条件。

图1 升压ZVT-PWM转换器主电路

图2 升压ZVT-PWM转换器波形图

  运行模式分析

  假设输入电感足够大,可以用恒流源IIN代替,而输出滤波电容足够大,输出端可用恒压源VO 代替。设t>

  1. t0 - t1:在t0之前,主开关QMAIN和辅助开关QZVT关断,二极管D1导通,负载电流全部流过D1。在t0时刻,辅助开关QZVT 导通,随着QZVT 的开通,谐振电感Lr 中的电流线性上升到IIN。而二极管D1中的电流线性下降至零,二极管D1零电流关断,即实现了二极管的软关断。而在实际电路中,二极管D1 需要经历反向恢复以除去结电荷。此时,ZVT谐振电感Lr上的电压为VO,电感电流上升至IIN的时间t01为:

  (1)

  2. t1-t2:在t1 时刻,谐振电感Lr 中的电流线性上升到IIN,Lr和Cr开始谐振。在谐振周期内,Cr放电直到电压为零。漏极电压变换率du/dt由Cr控制,Cr实际上是CDS与 COSS的和。在Cr放电的同时,谐振电感中的电流则持续上升。漏极电压降至零所需的时间长度应是谐振周期的1/4。在谐振周期结束时,主开关管的体二极管开通。这一过程结束时,QMAIN的体二极管开通。

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