高功率因数单开关隔离型PFC变换器研究

摘要

随着电力电子设备的广泛应用，AC-DC开关变换器为公共电网带来了严重的谐波污染。功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)技术可以有效地消除电力系统的谐波污染，提高输入功率因数。因此，PFC技术在AD-DC开关变换器中得到了广泛的应用。单开关隔离型PFC变换器具有输入输出隔离、成本低、结构简单等优点而被广泛应用于PFC技术领域，其中反激PFC变换器最受欢迎。一般来说，由于变压器漏感的能量需要被RCD缓冲电路消耗，才能避免电路中出现较大的电压、电流尖峰。因此，反激PFC变换器的工作效率将因其缓冲电路而受到限制。本文致力于研究高功率因数、高效率的隔离型PFC变换器。
　　传统峰值电流控制(Peak Current Controlled，PCC)临界连续模式(CriticalConduction Mode，CRM)反激PFC变换器的开关管电流峰值包络跟随输入正弦半波电压，导致输入电流不是标准正弦波。本文提出一种正弦平方补偿峰值电流控制(Sine Square Compensated Peak Current Controlled，S2C-PCC)方法。在PCC-CRM反激PFC变换器的开关管峰值电流包络中补偿一个正弦平方项，该项系数由输入电压幅值、输出电压和变压器原副边线圈匝比共同决定。以补偿后的峰值电流包络对开关管电流峰值进行控制，使变换器在全输入电压范围内实现单位功率因数。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。
　　为降低CRM反激PFC变换器中变压器漏感的能量损耗，提高变换器的工作效率，本文首次在CRM反激PFC变换器的变压器副边引入一个由谐振电容、变压器漏感以及续流二极管组成的谐振网络，将变换器漏感能量传递到负载，提高了变换器的工作效率，降低了开关管、二极管的电压应力。同时，采用定导通时间(Constant On Time，COT)控制方法，还使得变换器的输入电流变得更加正弦。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。
　　类似地，本文将谐振网络引入到断续模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)反激PFC变换器中，解决了DCM反激PFC变换器低工作效率的问题，但也使得原有的标准正弦输入电流发生严重的畸变。因此，为了消除谐振网络给DCM反激PFC变换器带来的不利影响，本文将VOT控制方法应用到了DCM单开关谐振隔离型PFC变换器中。通过引入输入电压和输出电压来共同调节开关管导通时间，使得VOT-DCM单开关谐振隔离型PFC变换器具有高工作效率、低器件应力的同时，还能够保持和COT-DCM反激PFC变换器同样高的功率因数。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 功率因数校正技术

1．2．1 无源PFC变换器

1．2．2 有源PFC变换器

1．3 单开关隔离型单级PFC变换器

1．4 本文选题意义及主要内容

1．4．1 本文选题意义

1．4．2 本文主要内容

第2章 正弦平方补偿峰值电流控制I临界连续模式反激PFC变换器

2．1 引言

2．2 工作原理

2．3 工作特性分析

2．3．1 峰值电流分析

2．3．2 输入电流分析

2．3．3 功率因数分析

2．4 仿真与实验验证

2．4．1 仿真验证

2．4．2 实验验证

2．5 本章小结

第3章 定导通时间控制临界连续模式单开关谐振隔离型PFC变换器

3．1 引言

3．2 工作原理

3．3 工作特性分析

3．3．1 输入电流分析

3．3．2 导通时间分析

3．3．3 谐振网络分析

3．3．4 器件应力分析

3．4 仿真与实验验证

3．4．1 仿真验证

3．4．2 实验验证

3．5 本章小结

第4章 变导通时间控制断续模式单开关谐振隔离型PFC变换器

4．1 引言

4．2 工作原理

4．3 工作特性分析

4．3．1 导通时间分析

4．3．2 输入电流分析

4．3．3 谐振网络分析

4．3．4 器件应力分析

4．4 仿真与实验验证

4．4．1 仿真验证

4．4．2 实验验证

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果