并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其實(shí)現(xiàn) PFC 和ZVS 的特性_圖文

1、摘要:單級(jí)PFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,詳細(xì)地介紹了一種基于不對(duì)稱半橋的單級(jí)不對(duì)稱半橋變換器,分析了它的工作原理及主要參數(shù)選擇,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其實(shí)現(xiàn)PFC和ZVS的特性。關(guān)鍵詞:功率因數(shù)校正;不對(duì)稱半橋;零電壓開關(guān)0 引言目前比較成熟的PFC技術(shù)是兩極PFC,前級(jí)用成熟的APFC電路(通常為Boost電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,通過(guò)第二級(jí)DC/DC變換即可得到需要的輸出,又可起到隔離的目的。兩級(jí)電路都有各自的控制模塊,電路較復(fù)雜,難以做到高功率密度。研究單級(jí)PFC技術(shù)的目的是減少元器件,節(jié)約成本,提高效率和簡(jiǎn)化控制。因此,目前對(duì)單級(jí)PFC的研究也成為重要的課題之一。單級(jí)PFC中電源控制器的作用是保證快速、

2、穩(wěn)定的輸出,對(duì)于輸入功率因數(shù)的要求則需功率級(jí)自身解決。適合單級(jí)隔離式PFC的結(jié)構(gòu)有很多,但基于不對(duì)稱半橋的單級(jí)PFC具有獨(dú)特的特點(diǎn),下面將對(duì)該變換器的工作原理作詳盡的分析。1 單級(jí)不對(duì)稱半橋工作原理單級(jí)不對(duì)稱半橋是將Boost PFC電路與不對(duì)稱半橋結(jié)合構(gòu)成單級(jí)PFC,單級(jí)不對(duì)稱半橋的主電路如圖l所示,此電路既能實(shí)現(xiàn)PFC,同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的ZVS。 圖1中Vg是整流后的電壓,Lb是Boost電感,Ca是儲(chǔ)能電容,S1及S2為互補(bǔ)控制的MOS管,Ds1,Cs1,Cs2,Ca2分別為S1、S2的寄生二極管、寄生電容。Lr為諧振電感包括變壓器漏感,Lm是勵(lì)磁電感,Np,Ns變壓器原副邊匝數(shù),副邊

3、接全波整流二極管D1及D2,輸出濾波電感Lf,電容Co,負(fù)載RL。其工作的理論相關(guān)波形如圖2所示,其中Vgs是S1及S2的驅(qū)動(dòng)波形,Vds1、Vds2分別是S1及S2漏源極電壓波形,jp為變壓器原邊電流波形,iLb為電感Lb電流波形,其工作過(guò)程可分為9個(gè)模式。模式1tot1如圖3(a所示,to時(shí)刻S1開通,Vg通過(guò)S1對(duì)Lb充能;同時(shí)儲(chǔ)能電容ca通過(guò)S1.對(duì)Lr及Gb充能,并通過(guò)變壓器向負(fù)載提供能量.這個(gè)過(guò)程直到t1時(shí)刻S1關(guān)斷為止。 模式2t1t2如圖3(b所示,t1時(shí)刻S1關(guān)斷.Vg通過(guò)Cs1繼續(xù)向Lb充能,Cs1兩端電壓(Vds1持續(xù)上升,Cs2兩端電壓(Vds2持續(xù)下降。Ca也繼續(xù)通過(guò)

4、變壓器向負(fù)載釋放能量,這個(gè)過(guò)程直到t2時(shí)刻Cs2兩端的電壓下降到等于Ch兩端的電壓Vcb結(jié)束。模式3t2t3如圖3(c所示,當(dāng)Cs2兩端的電壓下降到等于Cb兩端的電壓Vcb時(shí),副邊進(jìn)入續(xù)流狀態(tài),V通過(guò)Cs1一繼續(xù)向Lb充能。Lr,Cs1,Cs2進(jìn)行諧振,導(dǎo)致Cs1兩端電壓繼續(xù)上升,Cs2兩端電壓繼續(xù)下降,直到t3時(shí)刻Cs2兩端的電壓下降為零,同時(shí)Cs1兩端的電壓上升到等于Ca兩端的電壓Vca時(shí)結(jié)束。模式4t3t5 如圖3(d所示,當(dāng)Cs2兩端的電壓下降為零時(shí),諧振電感繼續(xù)通過(guò)Ds2釋放能量,在這個(gè)時(shí)間段的t4時(shí)刻開通S2,此時(shí)S2實(shí)現(xiàn)零電壓開通。諧振電感通過(guò)S2將能量完全釋放,電感Lb通過(guò)二極

5、管Ds2向Ca充電。 模式5t3t6如圖3(e所示,t5時(shí)刻諧振電感能量完全釋放,隔直電容對(duì)Lr反向充能,直到變壓器原副邊電壓等于匝數(shù)比后同時(shí)向負(fù)載釋放能量,Lh能量完全釋放,此過(guò)程結(jié)束。模式6tst7如圖3(f所示,Lh能量完全釋放后,隔直電容Ch繼續(xù)向負(fù)載釋放能量,直到t7時(shí)刻S2關(guān)斷結(jié)束。模式7f7t8如圖3(g所示,S2關(guān)斷,Cs2兩端電壓(Vds2持續(xù)上升,Cs1兩端電壓(Vds1持續(xù)下降,直到ts時(shí)刻CS2兩端的電壓上升到等于Cb兩端的電壓Vcb時(shí)結(jié)束。模式8t8t9 如圖3(h所示,Cs2兩端的電壓上升到等于Cb兩端的電壓Vcb副邊進(jìn)入續(xù)流狀態(tài),Lr,Cs1,Cs2再次諧振,使得Cs 2兩端電壓繼續(xù)上升,Cs1兩端電壓繼續(xù)F降,直到t9時(shí)刻Cs1兩端的電壓下降為零,同時(shí)Cs2兩端的電壓上升到等于Ca兩端的電壓V ca時(shí)結(jié)束。模式9t9t11 如圖3(i所示,t9時(shí)刻Cs1兩端的電壓下降為零,Lr繼續(xù)通過(guò)Ds1釋放能量,在這個(gè)時(shí)間段的t10時(shí)刻開通S1,此時(shí)S1實(shí)現(xiàn)零電壓開通。諧振電感通過(guò)S1將能量完全釋放,且Ca對(duì)Lr反向充能,直到t11時(shí)刻變壓器原副邊電壓等于匝數(shù)比,回到初始狀態(tài)。從以上分析町以看到,電感Lr工作在DCM狀態(tài),電流自動(dòng)跟蹤電壓,從而達(dá)到PFC的目的,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的ZVS。2 主要參數(shù)選擇在本文所提到的電路中,變壓器采用帶中心抽頭的對(duì)稱繞組,