电流型全桥单级PFC变换器无源无损缓冲技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiqi_xu
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电力电子装置输入侧通常采用二极管整流,会对电网造成谐波污染。有源功率因数校正技术(APFC)是一种提高用电设备功率因数、抑制谐波污染的有效方法。单级PFC采用一套控制器同时完成PFC与DC/DC变换的功能,结构简单、效率较高。基于电流型全桥结构的单级PFC拓扑适合于中大功率领域应用,然而,由于变压器原边存在漏感,在桥臂开关状态转换时会引起桥臂电压尖峰,降低了电路的可靠性。论文主要研究电流型全桥单级PFC电路的无源无损缓冲技术,提出两种无源缓冲电路(双LC谐振无源缓冲、单LC谐振无源缓冲)。这两种无源缓冲电路均由电容、电感和二极管组成,具有简单可靠、无需控制的优势,在实现抑制变压器原边电压尖峰的同时,通过电容与电感的谐振实现缓冲环节能量向输出侧的转移。电流型全桥单级PFC双LC谐振无源缓冲电路利用二极管将串联的两个缓冲电容连接在桥臂两端,电路工作时存在两个LC谐振回路。论文详细地分析了电路的工作过程以及关键参数对PFC电路各开关管电压、电流应力的影响机理,给出了各参数的设计方法。针对双LC谐振无源缓冲器件参数误差造成的电压电流振荡问题,采用耦合电感替代该缓冲电路的两个独立电感,可以抑制不同步谐振现象。结合耦合电感的设计结构,建立了由漏感、励磁电感、理想变压器构成的耦合电感等效模型,并分析了利用耦合电感实现缓冲环节各谐振回路同步谐振的机理,在此基础上,归纳了耦合电感的设计方法。针对双LC谐振无源缓冲电路的参数限制问题,提出一类改进的单LC谐振无源缓冲电路。单LC谐振无源缓冲电路将缓冲电容通过二极管直接并联在上桥臂(或下桥臂)的开关管上,电路工作时仅存在一个LC谐振回路。在分析单LC谐振无源缓冲电路工作过程基础上,从理论上得出了该缓冲在开关管电压电流应力、电压尖峰抑制效果、缓冲参数选取范围、可靠性等方面的改进机理。在基于理论分析、软件仿真的基础上,搭建了实验平台,对电流型全桥单级PFC电路的两种无源无损缓冲结构进行了细致的实验研究。实验结果验证了理论分析的正确性。
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