单相软开关高效率半桥功率因数校正器研究

摘要

传统的功率因数校正(Power Factor Correction-PFC)拓扑由二极管整流桥与Boost电路级联组成。该级联拓扑的电流回路中器件数较多，导致导通损耗大，限制了效率的提高。无桥PFC拓扑能够减少电流回路中的器件数，降低导通损耗，其中半桥PFC拓扑中电流回路器件数最少，因而导通损耗更小。但是，该拓扑中开关器件电压应力较大，因此如果选用高压的IGBT作为开关器件，则开关损耗大，效率低。新型的碳化硅基MOSFET兼顾了高耐压与低通态电阻，因而导通损耗较小。且由于其开关速度快，所以开关损耗较小，可以极大提高半桥PFC的整体效率。但是，由于高频工作时其开通损耗比重仍然较大，严重制约变换器效率的提高。
　　本文利用碳化硅基MOSFET优良的关断特性，采用让电感电流反向的零电压(ZeroVoltage Switching-ZVS)控制策略，利用反向电感电流实现上下管的自然换流，使需要开通的开关器件的体二极管导通，让器件工作在零电压开通状态下，消除开通损耗，降低开关损耗，提升效率。
　　针对这种电感电流反向的零电压(Zero Voltage Switching-ZVS)控制方式，论文给出了各个关键参数与关键控制电路的设计，分析建立了小信号与控制回路的数学模型，并介绍了数字控制的实现方案，搭建了一台数字控制的输出功率为1100W的实验样机，通过实验验证了碳化硅基MOSFET应用于半桥PFC能达到较高的效率。同时，针对数字控制半桥PFC电路的高频效率优化，本文进行了实验以及分析，提出了几种解决方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 本论文主要研究内容

第2章 功率因数校正(PFC)技术

2．1 PFC技术简介

2．2 无桥PFC拓扑分析

2．2．1 基本无桥PFC拓扑

2．2．2 其他无桥PFC拓扑对比

2．2．3 半桥PFC电流滞环控制模式

2．3 本章小结

第3章 半桥PFC零电压(ZVS)控制策略

3．1 电感电流反向ZVS控制模式

3．2 主要参数设计

3．3 本章小结

第4章 ZVS软开关半桥PFC的数字控制

4．1 控制模型

4．1．1 小信号建模

4．1．2 控制回路建模

4．2 控制电路与参数设计

4．2．1 驱动电路设计

4．2．2 采样电路设计

4．2．3 系统总体框图

4．3 数字控制实现与实验

4．3．1 数字控制器选取

4．3．2 MCU最小系统设计

4．3．3 控制算法介绍

4．4 实验结果与分析

4．5 软开关数字控制的高频优化与实验分析

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢