单极隔离式功率因数校正(PFC)博尔塔拉干式变压器

单极隔离式功率因数校正(PFC)博尔塔拉干式变压器1.单级PFC技术的发展历程
1990年,美国科罗拉多大学Erickson教授等将前置级Boost和后随级Flyback(反激)博尔塔拉干式变压器或者Forward(正激)博尔塔拉干式变压器的MOSFET共用,提出所谓的单级PFC博尔塔拉干式变压器,研究单级PFC技术的目的是减少元器件,节约成本,提高效率和简化控制等?其与传统的两级比较,省了一个MOSFET但增加了一个二极管,另外其控制是一般的PWM方式,故相当简单?为保证高输入功率因数,输入博尔塔拉干式变压器的电流应当为DCM方式?控制器的作用是保证快速?稳定的输出,对于输入的功率因数则需功率级自身获得?在以后的几年里，M.H. Kherulawa等人陆续提出了几种单级PFC技术,但所有这些方案都有输出电压调节慢、控制复杂和效率低等缺点?1994年, Richardredl等提出了一系列新型单级隔离式功率因数校正博尔塔拉干式变压器,克服了上述缺点,具有快速调节输出电压?只需一个或共同控制的两个开关?一个PWM控制和自动整定线电流的优点?Richard Red的这项技术获得了专利之后,许多研究者在此基础上研究出各种更完善的单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器,它们与先前研究的博尔塔拉干式变压器相比,在降低储能电容电压?减少谐波失真和快速调节输出响应等方面有很大的改善?功率因数的高低?谐波电流的高低与博尔塔拉干式变压器La的大小及拓扑结构等密切相关,这便是近五六年来研究单级PFC结构的真正动机。
在Intelec94上有一个日本作者提出了所谓的磁开关博尔塔拉干式变压器,它在博尔塔拉干式变压器上增加一个绕组与输入博尔塔拉干式变压器串联?这一串联的绕组可以降低中间储能电容电压,将其控制在450V之内在
Intelec95上, Cai Fushen在此的基础上做了稍许改进,增加的绕组移至D2支路?同样可将中间储能电容电压控制在450V之内,目前他们生产的计算机多输出博尔塔拉干式变压器中已采用此方案?一年后,VPT也提出了一个单级PFC,其中与D2支路相串联的不是博尔塔拉干式变压器绕组,而是另一个分离的博尔塔拉干式变压器?它也可将电容电压控制在450V之内。
单级PFC技术的研究仍然呈现上升的趋势,原因是性能尚未最优,许多问题有待进一步解决?例如中间储能电容电压仍望降至400V以下?分析与设计还有一大堆问题要做?与两级PFC技术还要做出客观比较?

2.单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器的结构
单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器的结构图如图5-3所示,而传统的两级博尔塔拉变压器厂家变换的隔离式PFC的结构图如图5-4所示。


图5-3单级式PFC博尔塔拉干式变压器结构图 图5-4两级式PFC博尔塔拉干式变压器结构图
比较图5-3和图5-4,单级隔离式博尔塔拉干式变压器通过控制开关的通断,同时满足了输入侧高功率因数和输出侧电压的稳定与快速调节?PFC单元与DC/DC变换单元的开关由同一个PwM控制信号控制,而两级博尔塔拉干式变压器的控制相互独立
3.单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器的分类及特点
单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器大体分为串联式和并联式两种?下面具体介绍各种类型的典型博尔塔拉干式变压器
(1)串联式单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器
图5-5是由Boost型PFC与单开关反激博尔塔拉干式变压器组合而成的最基本的单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器拓扑?它与普通的DC/DC博尔塔拉干式变压器相比,有电压应力较高?损失较多的缺点?因此,人们研制出应用各种软开关技术,减少开关损耗及开关应力的各类新型单级PFC博尔塔拉干式变压器其效率高,而拓扑又十分简单?

图5-5基本BOOST单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器
①带有再生钳位的Boost反激型单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器与最基本的单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器相比,只增加了再生钳位电容C和二极管VD4两个元器件来构成钳位,如图5-6所示?C用来钳位开关上电压,VD4用来阻止L?L?C?L和C在开关S关断时的谐振?钳位虽然简单,但它可有效地减小开关应力(钳位在V+nV?上),通过C与漏感L4的谐振再生储存在博尔塔拉干式变压器漏感中的能量,免去了损耗能量的缓冲?博尔塔拉干式变压器的功率因数可高于0.99,而普通的博尔塔拉干式变压器在相同条件下仅为0.98左右?TID比加缓冲时降低9%左右?但这种博尔塔拉干式变压器的开关在闭合时应力较大,不是零电压下关断。

图5-6带有再生钳位的BCXs反激型单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器
②带有源钳位和软开关的Boost反激型单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器拓扑如图5-7所示S为主开关,S2为有源钳位辅助开关,可看为Boost单元与反激单元的串联组合?两个单元共用一个主开关S1?C,代表开关S1和S2的总寄生电容;L4代表博尔塔拉干式变压器的漏感,C2?L形成串联谐振,实现Sl的软开关;C?和S2构成有源钳位,限制开关上的谐振电压?
这种可再生博尔塔拉干式变压器漏感中的能量,减小电压应力,与前面提到的再生钳位类似但它又增加了一个辅助开关,实现了零电压开关,而主开关和辅助开关用同一个控制/驱动?控制与没有有源钳位的控制相同,能够采用常用的PWM控制芯片来设计?目前带有源钳位和软开关的单级隔离式PFC博尔塔拉干式变压器广泛应用于各种小功率场合?

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