前言

傳統(tǒng)AC/DC變換器輸入采用整流二極管，當(dāng)流過整流二極管的電流較大時(shí)，其損耗迅速增加，需要較大的散熱器，同時(shí)變換器的轉(zhuǎn)換效率較低。為了提高PFC的效率，將整流二極管用MOS管代替，MOS管具有導(dǎo)通電阻小、壓降小的優(yōu)點(diǎn)，散熱更容易處理。針對二極管損耗大、傳統(tǒng)PFC不具備電氣隔離的特點(diǎn)，已有學(xué)者提出了一種隔離型無橋PFC變換器。

目錄

1 概述

2 隔離型無橋PFC變換器

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4 參考文獻(xiàn)

1 概述

電力電子、非線性負(fù)載給電網(wǎng)帶來了大量的諧波污染，國際電工委員會和美國電氣和電子工程師協(xié)會對電力電子裝置制定了諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，比如ACDC變換器功率大于75W時(shí)，都應(yīng)增加PFC，傳統(tǒng)PFC輸入側(cè)為整流二極管，其壓降大，當(dāng)功率比較大時(shí)，整流二極管的損耗較大，給熱處理帶來了挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，已有學(xué)者提出了無橋PFC變換器，其中包括電感斷續(xù)模式無橋PFC，電感斷續(xù)模式無橋Spice和Cuk變換器、無橋反激PFC等一系列的變換器。下面講述的是一種單級隔離型無橋PFC變換器，包括工作原理、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證部分內(nèi)容。

2 隔離型無橋PFC變換器

文章中所提出的變換器如圖1所示。

圖2給出了變換器在電網(wǎng)電壓工頻周期內(nèi)，輸出電壓Uo與n|uC1|大小關(guān)系的兩種情況，其中uC1為電容C1兩端的電壓。在這兩種情形下，變換器具有不同的工作模態(tài)。如圖2a所示，Uo始終大于n|uC1|，稱為升壓模式；如圖2b所示，在（T1，T2）期間Uo＜n|uC1|，其余時(shí)間段Uo＞n|uC1|，此時(shí)稱為升降壓模式。

升壓工作模式：對于交流輸入正半周期，二極管Do2截止，在一個(gè)穩(wěn)態(tài)開關(guān)周期內(nèi)，變換器存在3個(gè)工作模態(tài)，工作波形如圖3所示，工作過程如圖4所示。

模態(tài)1：如圖4a，t0時(shí)刻，開關(guān)管S導(dǎo)通，輸入電壓uin為L1充電，電感電流iL1線性上升；uC1為變壓器勵(lì)磁電感Lm充電，勵(lì)磁電感電流iLm線性上升，變壓器儲存能量；二極管Do1和Do2均截止，Do1承受的電壓為Uo+nuC1，Do2承受的電壓為Uo-nuC1，電容Co向負(fù)載供電，以維持輸出電壓恒定。

模態(tài)2：如圖4b，t1時(shí)刻，S關(guān)斷，二極管Do1導(dǎo)通續(xù)流，儲存在變壓器中的能量通過二極管Do1傳遞給電容Co和負(fù)載R。Do2關(guān)斷，其承受的電壓為2Uo，開關(guān)管S承受的電壓為uC1+Uo/n。

模態(tài)3：如圖4c，S保持關(guān)斷，Do1和Do2關(guān)斷，且承受的電壓均為輸出電壓Uo，此時(shí)uin、L1、C1和Lm形成低頻振蕩回路，由于開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于低頻振蕩頻率，此時(shí)iL1和iLm大小相等且保持恒定為i0，Co向負(fù)載放電。

升降壓模式的分析方法與升壓模式相同，其工作波形如圖5所示，電路具體工作過程可以參考原文。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

文中首先基于PSIM軟件對兩種工作模式進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，圖6給出了升壓模式仿真波形。

由圖6a可知，當(dāng)變換器工作于升壓模式時(shí)，輸入電流均能較好的跟隨輸入電壓，所以功率因數(shù)較高。

圖6b為升壓模式下變換器在交流輸入電壓正半周期若干個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的仿真結(jié)果，其中Up為驅(qū)動脈沖。由圖6b可知，變換器工作于DCM情形，且結(jié)果與圖3的理論分析相符，驗(yàn)證了分析的正確性。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析的正確性，最后搭建了變換器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了相對應(yīng)的波形測試。圖7給出了交流110V輸入、80W輸出時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，波形自上而下分別為輸出電壓紋波Uo_rip、輸出電壓Uo、交流輸入電壓uin和交流輸入電流iin。

變換器正半周期若干個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

從圖8看出，該文章所提出的單級隔離型無橋PFC變換器不存在諧振電壓、電流尖峰，故可以減小開關(guān)器件應(yīng)力。圖8所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了圖6的仿真結(jié)果，證明了理論分析的正確性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同電壓輸入或不同負(fù)載情況下，功率因數(shù)均保持在0.99以上，最大轉(zhuǎn)換效率為90%，最小轉(zhuǎn)換效率為86%。

當(dāng)變壓器變比為1，變換器工作于升降壓模式時(shí)，由于存在直流偏置，導(dǎo)致輸入電流不為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，但電流能較好地跟蹤電壓。

該文所提出的變換器具有PFC和電氣隔離的優(yōu)點(diǎn)，電路具有器件少、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。在小功率應(yīng)用中具有較好的參考價(jià)值。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 一種單級無橋隔離型PFC變換器

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