交错并联CRM图腾柱PFC变换器研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MUNICH2009
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宽禁带器件的快速发展使得电感电流临界连续模式(Critical Conduction Mode,CRM)图腾柱功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器逐渐成为单相高效率高功率密度PFC变换器的首要选择。一方面,高开关频率下能否实现软开关对变换器效率有重要影响;另一方面,CRM工作时较大的电感电流纹波限制了其大功率场合的应用。因此,有必要研究全范围零电压开关(Zero Voltage Switching,ZVS)扩展控制以降低开关损耗,提高变换器效率。同时,采用交错并联控制,可以减小输入电流纹波,有利于减小滤波器体积,通过电感耦合可进一步减少电感的数量和体积,提高功率密度。本文详细分析了CRM图腾柱PFC变换器的工作模态,基于状态平面轨迹曲线建立了ZVS扩展控制理论分析模型,并阐述了实现最小ZVS时间裕度和最大开关频率限制的新型ZVS扩展控制方法。然后给出了变换器系统控制框图和主电路参数的设计过程,并通过仿真和实验对新型ZVS扩展控制策略进行了验证。针对原有控制方式无法实现全范围ZVS的问题,本文详细分析了实现全范围ZVS的条件,并提出了电流iSRoff优化控制和死区自适应调节控制两种优化控制方法,对比分析了各自的优缺点,指出死区自适应调节控制更有利于变换器整体效率的提升。通过仿真和实验对所提优化控制方法进行了验证,结果表明所提两种优化控制方法都有助于实现全范围的ZVS,验证了死区自适应调节控制方法的优越性,变换器效率得到进一步提升。针对交错并联CRM图腾柱PFC变换器,本文首先对变换器变频工作时交错并联控制原理和实现方式进行了阐述。接着,采用更利于简化分析的?-型耦合电感等效电路模型对其工作原理进行了分析,并根据状态平面轨迹曲线,进一步提出了采用耦合电感的交错并联CRM图腾柱PFC变换器ZVS扩展控制理论分析模型,并将不同电感耦合方式对变换器ZVS实现、输入电流纹波和开关频率的影响进行了对比,指出反向耦合电感更有利于在输入电压较高时实现ZVS且开关频率变化范围更小。最后,仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提ZVS控制策略的有效性。
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