前言

前一篇帖學習了一種單級隔離型無橋PFC拓撲（文獻筆記3---一種隔離型單級無橋PFC變換器），該電路采用全波整流結(jié)構(gòu)，雙向開關(guān)管電壓應(yīng)力大。當電路工作與降壓模式時，折算至原邊電壓小于輸入電壓，在雙向開關(guān)管導(dǎo)通期間，副邊二極管導(dǎo)通，存在變換器存在向輸出側(cè)注入電流的現(xiàn)象，導(dǎo)致輸入電流明顯畸變，且正弦度差、THD高、功率因數(shù)低，因此該變換器輸出調(diào)壓范圍有限。為了解決上述問題，已有學者在該拓撲的基礎(chǔ)上進行改進，對新提出的電路進行學習。

目錄

1 概述

2 寬輸出隔離型無橋PFC變換器

3 實驗驗證

4 參考文獻

1 概述

所提出的單級隔離型PFC電路如圖1所示。圖1中變換器在副邊增加了分裂電容，在不增加電流應(yīng)力的前提下，降低了開關(guān)管S1、S2，二極管VDo1、VDo2的電壓應(yīng)力，引入開關(guān)管S3、S4，在降壓模式時，阻斷雙向開關(guān)管導(dǎo)通期間，原邊向副邊注入電流，從而消除電流畸變。

DCM模式定義：副邊二極管與工頻開關(guān)管工作于DCM，輸入電感電流連續(xù)，因此，可實現(xiàn)高的功率因數(shù)，二極管VDo1、VDo2零電流關(guān)斷。

2 寬輸出隔離型無橋PFC變換器

所提出的拓撲同樣有兩種工作模式，分別為升壓工作模式和降壓工作模式，其示意圖如圖2所示。

兩種工作模式對應(yīng)的工作波形如圖3所示。

升壓模式PFC實現(xiàn)：定義開關(guān)管S1與S2的開關(guān)周期為T，其導(dǎo)通時長為D1T，電感L1與電感Lm1向負載傳遞能量時長為D2T。在輸入正半周期內(nèi)，當S1與S2導(dǎo)通時，電感電流iL1與勵磁電感電流iLm1線性增加，當S1與S2截止瞬間，VDo1導(dǎo)通，此時電流iL1、iLm1與電流iDo1均到達峰值。

電路工作于穩(wěn)態(tài)時，在雙向開關(guān)管S1、S2的一個開關(guān)周期內(nèi)輸出平均電流、輸入電流分別為

從上式可知，變換器工作于穩(wěn)態(tài)時，在定頻控制下只需保證占空比D1恒定；在變頻控制下只需保證占空比D1的二次方與周期T的乘積恒定，此時輸入電流將自動跟蹤輸入交流電壓波形，無需輸入電流采樣電路，僅在單電壓環(huán)控制下即可實現(xiàn)電路功率因數(shù)校正功能。

降壓模式PFC實現(xiàn)：在輸入電壓的正半周期內(nèi)，當變換器雙向開關(guān)管S1、S2導(dǎo)通，電感L1與Lm1蓄能，此時變換器工作于降壓模式，二極管VDo2承受負壓而導(dǎo)通，開關(guān)管S4始終導(dǎo)通，變換器通過VDo2向負載傳輸能量。

由于在雙向開關(guān)管導(dǎo)通與截止期間，變換器均有電流流向輸出側(cè)，所以輸出電流平均值可表示為、輸入電流可表示為

當工作于降壓模式時，在雙向開關(guān)管S1與S2導(dǎo)通期間，由于S4始終關(guān)斷，阻斷了變換器通過VDo2向負載傳輸能量。此時，電路工作與升壓模式基本一致，僅二極管VDo2與工頻開關(guān)管S4所承受電壓不同，工頻開關(guān)管的引入消除了輸入電流的直流分量，改善了電流正弦度，使得變換器工作于降壓模式時仍能保持高功率因數(shù)，從而有效拓寬了輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。在此期間，二極管VDo2始終無電流通過，避免了由二極管硬關(guān)斷所帶來的反向恢復(fù)損耗。電路工作于電流斷續(xù)模式，實現(xiàn)了二極管的零電流關(guān)斷。

3 實驗驗證

通過原理分析可知，升壓工作時兩種拓撲的工作原理相同，所提出的寬輸出調(diào)節(jié)范圍拓撲主要優(yōu)勢在于改善降壓模式的THD。

通過仿真對比降壓模式下兩種電路的工作波形。如圖4所示。

從圖4看出，增加了工頻開關(guān)管S3和S4，輸入電流的THD明顯減小，功率因數(shù)提高。

為了進一步驗證所提出變換器的有效性，基于TMS320F28835控制器研制了實驗樣機，降壓模式下兩種電路的測試波形如圖5所示。

為對比寬輸出單級PFC變換器工作于降壓模式時的優(yōu)勢，① 令開關(guān)管S3與S4始終導(dǎo)通，根據(jù)降壓模式分析，此時變換器工作原理與上篇單級PFC變換器一致，存在降壓模式下的輸入電流畸變。此時，變換器輸入電流波形如圖5a所示，輸入電流嚴重的畸變，其功率因數(shù)為0.89，THD=37%。② 令工頻開關(guān)管S3與S4正常工作，即輸入正半周時，S3導(dǎo)通，S4關(guān)斷；輸入電壓負半周時，S3關(guān)斷，S4導(dǎo)通。此時，電路輸入電壓與輸入電流波形如圖5b所示，功率因數(shù)為 0.991，具有良好功率因數(shù)校正效果，電路轉(zhuǎn)換效率為87.2%，THD=4.4%。可以看出，該變換器降壓模式時仍能保證高功率因數(shù)與低THD。

該文所提出的變換器具有PFC、寬輸出、低應(yīng)力和電氣隔離的優(yōu)點。在小功率應(yīng)用中具有較好的參考價值。

4 參考文獻

[1] 一種具有寬輸出調(diào)壓范圍與低電壓應(yīng)力的單級無橋隔離型PFC變換器

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