【摘 要】
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随着数据中心、电动汽车和消费电子等领域的快速发展,AC/DC变换器正朝着高效率、小型化的方向发展。图腾柱无桥PFC因其结构简单、效率高成为目前研究的热点。电流连续导通模式下,基于Si MOSFET的图腾柱无桥PFC因反向恢复损耗大无法得到实际应用。随着第三代宽禁带半导体GaN HEMT/SiC MOSFET的出现,因其具有开关速度快、反向恢复损耗低和热传导率高等物理特性,使图腾柱无桥PFC得到应用
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随着数据中心、电动汽车和消费电子等领域的快速发展,AC/DC变换器正朝着高效率、小型化的方向发展。图腾柱无桥PFC因其结构简单、效率高成为目前研究的热点。电流连续导通模式下,基于Si MOSFET的图腾柱无桥PFC因反向恢复损耗大无法得到实际应用。随着第三代宽禁带半导体GaN HEMT/SiC MOSFET的出现,因其具有开关速度快、反向恢复损耗低和热传导率高等物理特性,使图腾柱无桥PFC得到应用。电流连续导通模式下的变换器工作在硬开关,本文应用SiC MOSFET研制了1k W实验样机并对其性能进行了测试。电流临界导通模式下变换器可以实现软开关,但其软开关的实现具有边界条件,本文对其软开关实现的原理和方法进行研究。基于不同坐标系下的锁相方法,本文研究了图腾柱无桥PFC变换器在静止坐标系和dq旋转坐标系下的工作原理和实现方法。在静止坐标系下,研究了平均电流控制下的系统小信号模型,分析了控制器参数对系统稳定性的影响。在dq旋转坐标系下,研究了基于二阶广义积分器的单相锁相环原理和系统双环控制策略。最后,通过仿真验证了其在不同模式下控制策略的有效性。电流临界导通模式下的变换器无法实现全输入电压范围下的软开关,本文提出了基于冗余时间的软开关控制策略使变换器实现全输入电压范围下的软开关,并建立了变换器基于冗余时间的数学模型。在该数学模型的基础上,研究了变换器在电流滞环控制的实现方法,并通过仿真对其控制方法进行了验证。最后,应用SiC器件对平均电流控制下的变换器进行了硬件电路和软件算法的设计,并搭建了1kW实验平台。不同输入电压有效值下变换器均可获得良好的电感电流波形和稳定的输出电压,其功率因数均达到0.99以上。对其在输入电压有效值为110V时的不同负载下的效率进行了测试,峰值效率达到96.63%。对其在负载和输出电压参考值变化时的动态性能进行了测试,实验结果表明,系统具有快速响应能力和稳定性。
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