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。     

恒导通时间控制的降压型高效率PFC研究

在宽范围输入的AC/DC适配器应用场合,与传统Boost PFC相比,Buck型功率因数校正(PFC)电路能够在整个输入电压范围内保持一个较高的效率。提出了一种工作在临界导通模式的恒导通时间型Buck PFC电路,能实现主开关的零电压开通。分析了电路的工作原理,并给出了实现高效率、低谐波电流的设计方法。同时根据所述的设计原则构建了100 W的Buck功率因数校正器,其输入电流谐波满足IEC61000-3-2标准,使效率在整个输入电压范围内均在96.5%以上。     

预测平均电流控制PFC Boost变换电路的研究

随着变换器、开关电源等电力电子设备的广泛应用,电网的电流谐波问题日益严重,因此功率因数校正(PFC)技术已成为电力电子技术领域一个新的研究热点.在分析PFC Boost变换器常用控制方法的基础上,提出了一种新型的预测平均电流控制策略.该策略采用了预测电流控制思想和单周期控制的原理对PFC Boost变换电路进行控制,消除了传统控制方法中的乘法器,且无需检测输入电压,无需内环电流PI调节器,具有实现简单、抗干扰能力强、响应速度快、输入电流谐波成分低、适应输入电压和负载变化范围宽等优点.仿真和实验结果表明该预测平均电流控制策略为有源PFC提供了一种新颖的、简单可行的控制方法.     

基于数字双环控制的功率因数校正控制算法

提出一种基于数字控制的新型功率因数校正(PFC)控制算法。电流环采用改进的占空比控制,考虑数字控制特点加入电流项和电压项校正因子,并给出了电压项校正因子自适应算法;电压环采用具有前馈补偿的线性化比例—积分算法,引入输出电压滑动平均滤波法消除电压环对电流环的恶化影响以提升系统动态响应性能。文中以Boost电路PFC变换器为例阐明了算法的基本原理,搭建了基于数字信号处理器数字控制的千瓦级Boost电路PFC变换器硬件系统实验平台。仿真和实验均验证了算法可在宽输入电压、宽输出功率工作条件下实现接近单位功率因数的控制效果,输入电流总谐波失真低于5%,并且具有良好的快速动态响应性能。     

无电压检测的PFC双环控制系统

分析并提出了无需输入电压检测电路及输出反馈电压检测电路,只检测输入电流的情况下,在BOOST型连续电流模式(CCM)功率因数校正(PFC)中实现电压环与电流环的双环控制策略。在TMS320F28069 DSP芯片平台上,设计了应用此无电压检测电路的双环PFC数字控制系统,并对该方案进行了实验验证。实验结果验证了此控制方案的可行性。     

串联型功率解耦型无电解电容PFC电路

为了去除电解电容,提高变换器寿命,提出一种串联型功率解耦无电解电容功率因数校正(powerfactor correction,PFC)拓扑,选择单相全桥逆变电路串联在Boost型PFC电路与负载之间作为解耦电路。根据电压补偿与功率解耦的原理,针对该解耦电路提出一种电压补偿开环控制策略,该方法对负载变化不敏感,提高了系统的稳定性和可靠性,且开关器件承受较低电压值,无需电流采样环节,减小了变换器的体积和成本。为了进一步提高电路输入电流质量,提出适用于解耦电路的闭环控制策略,仿真结果表明,闭环控制较电压补偿开环控制策略,可优化输入电流质量,减少谐波污染,但是在成本与复杂程度上高于开环控制策略。最后,对提出的串联型解耦电路拓扑与电压补偿型的开环及闭环控制策略进行实验验证,实验结果证明了理论的正确性。     

无桥PFC新型控制算法

针对无桥功率因数校正(PFC)电路在传统控制算法下,由于升压电感位于电网交流侧而存在输入电流过零点畸变问题,提出了一种新的高功率因数控制策略。在新控制策略下,避免了无桥PFC电路在输入电压过零点处输入电流畸变,同时使输入端达到很高的功率因数。论文详细分析了传统控制算法下无桥PFC输入电流过零点畸变的原因,推导了输入电流畸变的时间范围,讨论了影响输入电流THD的相关因素,然后比较了两种控制策略下电源的PF值和输入电流THD,最后通过仿真和实验验证了新型控制策略在抑制电流谐波畸变率方面的正确性和优越性。     

单级三相PFC+DC/DC变换器控制系统分析设计

基于TAIPEI整流滤波电路和移相全桥电路,所衍生的新型单级三相功率因数校正(PFC)+DC/DC变换器,因其全负载范围内的桥臂开关管零电压开关(ZVS)导通、高功率因数和高效率等优点受到了广泛关注。在此通过详细分析该新型拓扑PFC原理,推导出母线电压和输出电压相应的控制公式,基于此提出一种简单可行的频率脉宽调控输出电压+移相滞环调控母线电压的控制策略,并提供了相应的数字程序处理框图,有效地解决了由于母线电压和输出电压耦合性造成的双闭环控制难题。最后通过仿真和实验平台搭建,验证了所提出的控制策略的有效性。     

一种新型PFC的控制仿真研究

功率因数校正(PFC)电路是一种提高功率因数、减小总谐波的电路,它利用电力电子变换技术来实现功率因数校正的功能。介绍了单相PFC电路的优点及工作原理,根据其特点,采用分级控制它的运行、输入侧采用网侧电流跟随的方法,并且采用了锁相环技术保证电流和电压严格同相;输出侧采用重复PI控制策略。采用此控制方法可以使PFC电路在达到传统整流电路功能的基础上,进一步提高功率因数、减小总谐波。通过Matlab/Simulink的仿真实验,验证了该方法的可行性。     

基于IR1153S的单周期PFC电路的研究

针对传统PFC(功率因数校正)芯片需要模拟放大器、输入电压采样,以及固定的三角波振荡器等复杂外围电路的缺点,提出了一种新型的基于单周期控制技术(OCC)的PFC解决方案.详细分析了单周期控制技术的核心思想,即利用误差放大器和积分器构造两个方程,比较之后确定占空比d,在此基础上设计了一种以IR1153S为控制芯片的PFC电路.实验结果表明,该电路简单可靠,系统性能良好,功率因数(PF)达到0.99,输出电压稳定,整机效率为97.7％,满足了功率因数校正的目的.     

单相有源PFC开环控制的研究

在单相有源PFC领域,截止目前,出现了多种控制方法,可以归类于开环控制和闭环控制,各有优缺点和所适用范围。在分析一种无需输出电压检测的单相PFC控制原理的基础上,提出和分析了一种只需检测整流桥后正弦半波电压和输出阻抗的开环控制策略,适合单级有源PFC和多级交错有源PFC,通过调节输出电压平均值与输入电压有效值之比,可以获得输出电压相对输入电压或输出功率的跟随特性,也可以维持输出电压平均值不变,在利用MATLAB/Simulink仿真分析后,基于DSPTMS320F28335设计了一种单相有源PFC的开环数字控制电路,建立实验平台进行实验测试。所得的仿真与实验结果符合相关的理论分析。     

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。     

模数混合控制HID恒功率电子镇流器的研究

根据高压气体放电灯的特性,研制了一种高性能模数混合控制的高压气体放电(HID)灯恒功率电子镇流器,分析了电路的结构、原理和控制思想。该镇流器采用"功率因数校正+Buck+逆变器"的经典3级结构,具有输入电压范围宽、抗负载波动能力强、可靠性高、寿命长等优点。PFC部分采用临界连续电流控制模式,可实现单位功率因数和恒定的输出电压。Buck降压部分采用一种新颖的平均电流外环、峰值电流内环的双闭环控制策略,可获得宽大范围的恒功率特性。逆变电路以ATtiny13 V为控制核心,提供低频逆变、高压谐振点火、开路和短路保护等功能。     

基于PDC控制策略的APFC技术

分析了单相有源功率因数校正技术的原理及数字式控制现状,在此基础上提出了基于参考电流、电感电流、输入电压和参考电压的并联占空比控制的单相功率因数校正策略.改变了传统的电压电流双闭环控制策略.采用并联的电流闭环和电压闭环来控制输出电压和相位跟踪,传统占空比相应地被分为2个独立的电流占空比和电压占空比.在PSPICE环境下结合单相AC/DC拓扑进行了电路仿真,结果表明系统输入侧获得了单位功率因数,从而验证了控制策略的可行性.设计了单相AC/DC系统主电路和基于DSP的硬件控制电路,并采用C语言编程实现了单相AC/DC系统的功率因数校正功能.此外,考虑到电感电流的尖峰干扰等现象,采用了电感电流中点检测法使检测点远离开关噪声,保证了电感电流检测的准确性.仿真和实验结果基本一致,实现了系统输入侧的单位功率因数,并获得了期望的直流输出电压值.     

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%.     

大功率单相数字有源PFC的研究与实现

传统的模拟有源功率因数校正电路(APFC)外围电路参数固定,灵活性较差,并且容易受到分布参数、器件老化、环境温度和湿度等因素的影响,限制了电路的寿命,而且难以适应目前单相设备大功率化的要求。鉴于数字控制具有可编程性、抗干扰性、不易受硬件老化和环境变化优点,基于TI的DSP控制芯片TMS320F2808设计了一款数字APFC电路,基于经典的乘法器控制原理,采用CCM和平均电流控制策略,利用分段变PI调节器来进行电压、电流双闭环调节控制,实现了输入电流对输入电压的很好跟踪。实验结果表明,电路在高达5kW的整个功率范围内都得到了很好的校正效果,满足了IEC61000-3-2对于谐波的要求,促进了单相APFC向大功率方向发展。     

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%。     

大功率单相数字有源PFC的研究与实现

传统的模拟有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector,APFC)外围电路参数固定灵活性较差,并且容易受到分布参数、器件老化、环境温度和湿度等因素的影响,限制了电路的寿命,而且难以适应目前单相设备大功率化的要求.鉴于数字控制具有可编程性、抗干扰性、不易受硬件老化和环境变化优点,论文基...     

一种用于数控功率因数校正的占空比控制算法

功率因数校正技术存在开关周期内需要大量运算操作的问题,受数字控制器计算速度的影响,开关频率的提高受到限制;当负载和输入电压变化时,其调整能力不强.针对此问题提出一种应用于Boost功率因数校正电路中的占空比控制算法.该算法不仅可以使电流环和电压环两方面的计算同时进行,而且运算操作大大减少.当负载和输入电压发生阶跃变化时,算法通过引入输出纹波电压和前馈输入电压来补偿每个开关周期的占空比,保证了输入电流仍是良好的正弦波形,并保证功率因数校正系统具有较快的动态响应速度和较高的稳定性.仿真结果表明,电路工作在开关频率为100 kHz的情况下,功率因数达到0.998以上,能够达到功率因数校正的目的.