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单极隔离式功率因数校正(PFC)变换器

发布者:阜阳变压器厂    发布时间:2020-07-16
单极隔离式功率因数校正(PFC)变换器1.单级PFC技术的发展历程
1990年,美国科罗拉多大学Erickson教授等将前置级Boost电路和后随级Flyback(反激)变换器或者Forward(正激)变换器的MOSFET共用,提出所谓的单级PFC变换器,研究单级PFC技术的目的是减少元器件,节约成本,提高效率和简化控制等?其与传统的两级电路比较,省了一个MOSFET但增加了一个二极管,另外其控制是一般的PWM方式,故相当简单?为保证高输入功率因数,输入电感的电流应当为DCM方式?控制器的作用是保证快速?稳定的输出,对于输入的功率因数则需功率级自身获得?在以后的几年里,M.H. Kherulawa等人陆续提出了几种单级PFC技术,但所有这些方案都有输出电压调节慢、控制复杂和效率低等缺点?1994年, Richardredl等提出了一系列新型单级隔离式功率因数校正变换器,克服了上述缺点,具有快速调节输出电压?只需一个或共同控制的两个阜阳干式变压器?一个PWM控制电路和自动整定线电流的优点?Richard Red的这项技术获得了专利之后,许多研究者在此基础上研究出各种更完善的单级隔离式PFC变换器,它们与先前研究的变换器相比,在降低储能电容电压?减少谐波失真和快速调节输出响应等方面有很大的改善?功率因数的高低?谐波电流的高低与电感La的大小及拓扑结构等密切相关,这便是近五六年来研究单级PFC结构的真正动机。
在Intelec94上有一个日本作者提出了所谓的磁阜阳干式变压器,它在变压器上增加一个绕组与输入电感串联?这一串联的绕组可以降低中间储能电容电压,将其控制在450V之内在
Intelec95上, Cai Fushen在此电路的基础上做了稍许改进,增加的绕组移至D2支路?同样可将中间储能电容电压控制在450V之内,目前他们生产的计算机多输出阜阳干式变压器中已采用此方案?一年后,VPT也提出了一个单级PFC,其中与D2支路相串联的不是变压器绕组,而是另一个分离的电感?它也可将电容电压控制在450V之内。
单级PFC技术的研究仍然呈现上升的趋势,原因是性能尚未优,许多问题有待进一步解决?例如中间储能电容电压仍望降至400V以下?分析与设计还有一大堆问题要做?与两级PFC技术还要做出客观比较?

2.单级隔离式PFC变换器的结构
单级隔离式PFC变换器的结构图如图5-3所示,而传统的两级变换的隔离式PFC电路的结构图如图5-4所示。


图5-3单级式PFC变换器结构图 图5-4两级式PFC变换器结构图
比较图5-3和图5-4,单级隔离式变换器通过控制阜阳干式变压器的通断,电路同时满足了输入侧高功率因数和输出侧电压的稳定与快速调节?PFC单元与DC/DC变换单元的阜阳干式变压器由同一个PwM控制信号控制,而两级变换器的控制电路相互独立
3.单级隔离式PFC变换器的分类及特点
单级隔离式PFC变换器大体分为串联式和并联式两种?下面具体介绍各种类型的典型变换器
(1)串联式单级隔离式PFC变换器
图5-5是由Boost型PFC电路与单阜阳干式变压器反激变换器组合而成的基本的单级隔离式PFC变换器拓扑?它与普通的DC/DC变换器相比,有电压应力较高?损失较多的缺点?因此,人们研制出应用各种软阜阳干式变压器技术,减少阜阳干式变压器损耗及阜阳干式变压器应力的各类新型单级PFC变换器其效率高,而电路拓扑又十分简单?

图5-5基本BOOST单级隔离式PFC变换器
①带有再生钳位的Boost反激型单级隔离式PFC变换器与基本的单级隔离式PFC变换器相比,只增加了再生钳位电容C和二极管VD4两个元器件来构成钳位电路,如图5-6所示?C用来钳位阜阳干式变压器上电压,VD4用来阻止L?L?C?L和C在阜阳干式变压器S关断时的谐振?钳位电路虽然简单,但它可有效地减小阜阳干式变压器应力(钳位在V+nV?上),通过C与漏感L4的谐振再生储存在变压器漏感中的能量,免去了损耗能量的缓冲电路?变换器的功率因数可高于0.99,而普通的变换器在相同条件下仅为0.98左右?TID比加缓冲电路时降低9%左右?但这种变换器的阜阳干式变压器在闭合时应力较大,不是零电压下关断。

图5-6带有再生钳位的BCXs反激型单级隔离式PFC变换器
②带有源钳位和软阜阳干式变压器的Boost反激型单级隔离式PFC变换器电路拓扑如图5-7所示S为主阜阳干式变压器,S2为有源钳位辅助阜阳干式变压器,电路可看为Boost单元与反激单元的串联组合?两个单元共用一个主阜阳干式变压器S1?C,代表阜阳干式变压器S1和S2的总寄生电容;L4代表变压器的漏感,C2?L形成串联谐振电路,实现Sl的软阜阳干式变压器;C?和S2构成有源钳位电路,限制阜阳干式变压器上的谐振电压?
这种电路可再生变压器漏感中的能量,减小电压应力,与前面提到的再生钳位电路类似但它又增加了一个辅助阜阳干式变压器,实现了零电压阜阳干式变压器,而主阜阳干式变压器和辅助阜阳干式变压器用同一个控制/驱动电路?控制电路与没有有源钳位电路的控制电路相同,能够采用常用的PWM控制芯片来设计?目前带有源钳位和软阜阳干式变压器的单级隔离式PFC变换器广泛应用于各种小功率场合?

文章转载自网络,如有侵权,请联系删除。|发布时间:2018.05.21来源:

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