5kW全数字控制单级隔离型功率因数校正变换器的研究

针对工业界某些场合对高功率等级、严格的谐波标准和隔离等要求，提出一种新的结合主电路和全数字控制技术的解决方案。文章采用单级隔离型全桥拓扑结合BOOST型PFC的输入电感和RCD溃能式箝位作为主电路，融合全数字控制，对中大功率单级隔离PFC进行研究。文中分析了主电路工作原理，建立了小信号动态模型，并给出数字控制设计方法。变压器的加入，不仅提供隔离功能且大大拓展了此类PFC变换器的应用场合。文中采用的数字控制方案具有良好的动态响应特性和稳态调节特性，并成功解决了模拟控制引入的变压器偏磁现象。基于该文所提出的拓扑以及控制方案，制作了5kW输出功率且PFC工作频率为55kHz的样机，验证了该变换器的优良性能，满载功率因数达到0.994，效率超过92%。     

基于全桥结构全数字控制单级隔离PFC变换器

提出了一种适合中功率应用场合的功率校正电路的解决方案.采用单级隔离型全桥结构并结合传统Boost型功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)的输入电感和RCD箝位电路作为主电路,融合基于数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)的全数字控制方案,对中大功率单级隔离型PFC进行了研究.在应用主电路工作原理和小信号动态模型的基础上,分析了该模型的数字控制设计方法.所采用的双环全数字控制方案同时具有良好的动态响应和稳态调节特性,可消除变压器的偏磁现象.最后基于提出的拓扑及控制方案制作了3kW,110kHz的样机.实验结果表明,该变换器的满载功率因数达0.995,效率超过92%.     

中大功率单级功率因数校正变换器中的偏磁分析及其数字化抑制技术

单级型功率因数校正变换器(power factor corrector,PFC)由于具有功率密度高和电气隔离等特点,在工业界某些应用场合得到应用,然而,用于该拓扑的变压器很容易饱和。基于隔离型全桥拓扑,分析单级型PFC变换器中变压器偏磁产生机理,并推导出每个工频周期内最大的理论偏磁值。对传统偏磁抑制方案进行分析,阐述数字控制本身对偏磁抑制的原理,提出一种能对偏磁有效抑制的数字补偿方案。新型数字控制方案能够避免传统方案所带来的诸如占空比减小和效率降低等问题,且不会增加电路复杂度。通过额定输出功率为5.1 kW的样机验证了所提出的偏磁抑制方案的有效性和优越性。样机满载功率因数达到0.994,效率超过92%。     

隔离型功率因数校正变换器的数字化控制研究

对该隔离型功率因数校正变换器(PFC)的基本工作原理进行了简单分析,并针对该主电路建立了小信号动态模型。基于TMS320LF2407A的基础上,具体分析了针对隔离型PFC变换器的控制方案,并采用电流电压双环控制技术,同时获得良好的动态响应特性和稳态调节特性。最后,制作了PFC工作频率为110kHz的试验样机,验证了该变换器的优良性能,满载功率因数达到0.995。     

全桥隔离型单相单级功率因数校正变换器研究

隔离型单相单级全桥功率因数校正(SS-FB-PFC)变换器具有高功率密度、高功率因数、电气隔离等特点,适用于中大功率应用场合。介绍了该变换器的工作原理,建立了其动态模型,进行补偿器设计,提升了系统的稳态调节和动态响应能力。在此基础上分析SS-FB-PFC电路固有的隔离变压器偏磁产生机理,基于数字控制技术提出一种简单的SS-FB-PFC变换器解决方案,该方案易于实现,且能避免原有控制方式带来的变压器偏磁现象,与传统偏磁抑制方案相比不增加电路成本和复杂度。最后,通过实验验证了电路拓扑及控制方案的有效性。     

新型单级隔离型软开关功率因数变换器

提出一种兼具软开关和箝位的新型单级隔离型功率因数校正(power factor correction, PFC)变换器拓扑。该变换器能满足电气隔离的应用要求,提升单级隔离型PFC的功率等级。与传统单级结构相比,新拓扑输入电流校正效果明显,功率因数接近1。比较理想地解决了限制单级PFC功率等级的变压器漏感和直流母线电容应力问题。箝位电容被充分利用简化了零电压过渡(zero voltage transition,ZVT)技术在隔离型变换器中的应用,既改善了半导体器件的开关环境、优化系统电磁兼容,又提高了变换效率。实验制作一台87 kHz,1 kW的样机。实验结果表明,这种变换器的效率基本能够达到93%(半载以上),功率密度提高,适合于中大功率应用场合。     

低共模噪声图腾柱SEPIC PFC变换器研究

传统图腾柱SEPIC功率因数校正(PFC)变换器具有低输入电流纹波、高效率、可实现升降压转换的优点,但由于电路在输入电压负半周工作时,其输出电压相对于输入电压开关周期浮动导致了严重的电磁干扰(EMI)问题,从而限制了该拓扑的应用。基于传统图腾柱SEPIC PFC变换器拓扑,分析了共模噪声的产生机理,并提出采用耦合电感以及隔离变压器结构来解决共模噪声以及输出浮动的问题,该变换器不仅实现了低共模噪声,且实现了图腾柱式单级隔离转换。最后搭建了一台200 W实验样机验证了理论分析的正确性与可行性。     

组合式三相单级PFC变换器研究

提出了一种组合式三相AC/DC单级功率因数校正(PFC)变换器,该变换器能同时实现PFC,输入输出侧电气隔离和输出电压的调节。介绍了变换器的基本结构,提出了一种正弦波调制的策略,使得输入电流具有很好的正弦度并与输入电压之间无相位差,实现PFC的功能。在此基础上,结合传统的输出电压电流双闭环控制,达到稳定输出电压的效果。实验证明了理论分析的正确性。     

低输出电压纹波准单级反激PFC变换器

提出了一种低输出电压纹波准单级反激功率因数校正(PFC)变换器,它由1个双输出反激变换器和1个具有快速动态响应能力的Buck变换器组成,Buck变换器由双输出反激变换器的辅助输出供电,其输出与双输出反激变换器的主输出串联给负载供电。双输出反激变换器用于实现PFC功能;Buck变换器补偿双输出反激变换器主输出的2倍工频电压纹波,实现低输出电压纹波和快速动态响应。实验结果表明,在保持同样功率因数值的前提下,准单级反激PFC变换器极大地减小了单级反激PFC变换器的输出电压2倍工频纹波,其动态响应速度远快于单级反激PFC变换器,与两级级联PFC变换器的动态响应速度相近,并获得了高于两级级联PFC变换器的效率。     

三相单级全桥PFC变换器无源缓冲电路(英文)

介绍了一种新型三相单级全桥功率因数校正(PFC)变换器,该变换器能同时实现功率因数校正、输入输出侧电气隔离以及输出电压调节。详细分析了桥臂开关对臂导通期间,变压器一次侧振荡电压的产生机理及其抑制方法,并提出一种可抑制该振荡电压的无源缓冲电路。该电路由电容、电感和二极管组成,通过在变压器一次侧并联电容来达到抑制振荡电压的目的,利用电感与电容的谐振工作实现能量传递,将电容上的能量在一个开关周期内转移给负载。实验结果证明,该无源缓冲电路的采用有效地抑制了变压器一次侧以及各开关管的振荡电压。     

基于图腾柱无桥PFC的软开关控制变换研究

随着数据中心所需能量的日益增长,对于变换器高性能指标的追求十分迫切。文中设计了基于图腾柱结构实现高效高功率密度的软开关功率因数校正(PFC)电路,采用无桥PFC拓扑结合第三代宽禁带氮化镓器件,通过全数字控制方法实现电路在电流临界和准方波2种状态下切换工作,保证变换器在具备PFC功能的同时实现开关管零电压开关(ZVS)。首先介绍了图腾柱无桥PFC基本电路结构,通过分析电路暂态过程得出实现软开关特性的条件;然后根据全数字双闭环控制方法实现系统PFC功能,结合数学仿真模拟不同状态下图腾柱PFC输出特性;最终搭建了1台输入有效值220 V,输出48 V/400 W的AC/DC变换器。结果表明,系统在实现PFC功能的同时,可在全输入电压范围内保持ZVS特性,验证了电路设计及控制策略的可行性。     

创新型基于软开关的X射线电源系统

介绍了一种最新研制的可调高压电源,其创新的主电路拓扑结构由功率因数校正(PFC)模块、Buck模块、逆变电路、高频变压器和倍压电路组成.电源利用变压器的寄生参数谐振工作;利用软开关技术实现了ZCS的低损耗.PFC模块能使该电源系统用于国内外市场,并减小其对电网的谐波污染.电源的控制电路采用基于DSP的PI调解器,并基于RS232实现了与PC的通信,从而实现了本地控制和远程管理.     

单相PFC的数字控制技术

针对于PFC的数字控制技术，本文从拓扑结构，控制算法，采样算法三个方面进行了总结和回顾，对于各种现已提出的控制方案进行了分析和比较，展望了数字控制功率因数控制技术今后的发展趋势。     

数字化三相功率因数校正技术的现状及发展趋势

通过阐述几种三相有源功率因数校正(PFC)电路的拓扑,并结合数字控制技术、高频脉冲宽度调制(PWM)整流技术和多电平技术,分别介绍了三相单开关数字式PFC电路、三相双开关数字式PFC电路、三相三开关数字式PFC电路、三相六管高频整流电路和三相三电平数字式高功率因数整流器的总体数字控制方案.在此基础上,指出了数字式三相高功率因数整流器的发展趋势.     

基于IRMCF312的数字PFC在电机控制中的应用

介绍了一种基于IRMCF312的先进的数字PFC(功率因数校正)电路.在分析传统数字PFC不足的基础之上,提出了两种先进数字PFC算法:采用前馈环控制(FFD)的数字PFC和采用FFD+Vector Rorator的数字PFC.在研究两种算法相对于传统算法的优越性之后,实现一个芯片能同时控制一个PFC和两个无传感器永磁电机,最后进行了相关实验,得到了良好的功率因数.     

双向开关型PFC变换器数字化控制研究

对一种新颖前沿的单相双向开关型AC/DC维也纳(Vienna)PFC拓扑进行研究,采用数字化前馈补偿,改善传统双环输入电流畸变问题,通过引入MCM数字前馈占空比补偿,使得系统在负载全功率范围内,输入电流波形不受电感连断续下模型差异的影响,得到了较好的PFC效果。通过理论分析,推导出MCM前馈占空比补偿的表达式,最后搭建1 k W的Vienna-PFC样机,并验证了方案的可行性。     

新型Boost拓扑结构及其控制策略研究

本文提出了一种新的单相双Boost拓扑结构和相应的系统控制策略,并将其应用于APFC中。系统采用DSP实现全数字控制。分析了主电路的拓扑结构及相应的控制模式,提出了基于数字控制的PFC的实现方法。分析表明,上下双侧PFC电路可以进行独立控制,且双侧直流母线电压分别仅与本侧的控制相关。理论分析和实验结果均表明,该系统具有很高的输入功率因数和较小的输入电流谐波,而且可以获得稳定的直流母线电压。     

半桥结构的两级功率因数校正器研究

在两级功率因数校正器中,Boost PFC＋半桥DC/DC拓扑结构虽然表现良好,但依然存在着后级功率器件电压应力过大、输出电流纹波不够理想等缺点。将输入串联、输出并联半桥拓扑能使单个模块的输入电压和输出电流减小这一特性运用于两级PFC之中,同时引进了交错控制技术。对采用新结构的两级PFC变换器进行了工作模态分析。仿真结果表明,后级功率器件电压应力以及输出电流纹波明显减小,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。