宽输入电压高效率交错并联Boost PFC变换器研究

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如何在宽输入电压范围实现AC-DC变换器高功率因数,低输入电流畸变,高效率等是近年来研究热点。对于大功率AC-DC变换器,多通道交错并联技术应用日益广泛。Boost PFC变换器升压电感位于变换器输入侧,使得输入电流不会发生突变,有效抑制输入电流高频谐波成分。本文研究对象为DCM四通道交错并联Boost PFC变换器。首先,本文对四通道交错并联Boost PFC变换器的工作原理进行分析,采用时间平均等效电路方法建立CCM四通道交错并联Boost变换器与DCM四通道交错并联Boost变换器的等效电路,讨论电感差异对CCM交错并联Boost变换器与DCM交错并联Boost变换器各通道电流分配的影响。分析定占空比控制DCM四通道交错并联Boost PFC变换器功率因数低、输入电流畸变大的原因。将变占空比控制应用于变换器,对比分析定占空比控制和变占空比控制对于变换器稳态性能影响。其次,分析四通道交错并联Boost PFC变换器损耗。对于交错并联结构中的变换器单元,采用分段频率控制,降低瞬时输入功率较低时的开关损耗。依据输出功率大小不同,控制工作的变换器单元数目,提升变换器在全功率范围内的效率。同时讨论相数控制中各通道驱动信号相位差对输入电流纹波影响。同时,针对Boost PFC变换器启动时产生冲击电流,对比增加回路阻抗法和晶闸管脉冲触发法,详细分析两种启动冲击电流抑制方法的电路结构和工作原理,并设计晶闸管脉冲触发启动冲击电流抑制电路。DCM四通道交错并联Boost PFC变换器具有并联使用场景,本文根据变换器并联均流指标要求,分析工作时变换器的输出特性,结合对几种常用的均流策略对比,对输出阻抗法进行改进,并阐述改进型输出阻抗法设计过程。最后,搭建一台输入电压85~264Vac,输出功率为1000W的DCM四通道交错并联Boost PFC变换器实验样机。采用变占空比控制,可有效提高变换器功率因数,减小输入电流畸变,减小输出电压纹波。验证分段频率控制和相数控制有利于提高变换器效率。对增加回路阻抗法和晶闸管脉冲触发法启动冲击电流抑制进行实验,两种方式对启动冲击电流均有抑制效果。单变换器稳态运行时,额定电压输入、满载条件下交错并联Boost PFC变换器效率达97%左右,实现高效率。满载时多个变换器单元并联运行时不均流度均小于5%,符合多个变换器并联均流要求。
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