升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換器在單項(xiàng)功率因數(shù)校正中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2008/5/28 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):382
關(guān)鍵詞:升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器;功率因數(shù)校正
引言
目前,升壓電路被廣泛應(yīng)用于單相整流電源的功率因數(shù)校正(pfc)技術(shù)中。傳統(tǒng)的升壓電路工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài),其特點(diǎn)是工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí),電感電流峰值正比于輸入電壓,輸入電流波形跟隨輸入電壓波形,因而控制簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)不僅要通過(guò)較大的通態(tài)電流,而且關(guān)斷較大的峰值電流會(huì)引起很大的關(guān)斷損耗,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。因此,在升壓電路中采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不但可以提高開(kāi)關(guān)頻率,還能解決開(kāi)關(guān)開(kāi)通與關(guān)斷損耗、容性開(kāi)通、感性關(guān)斷和二極管反相恢復(fù)4大難題。然而,在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)方面前人已經(jīng)提出好幾種電路,如諧振型轉(zhuǎn)換器、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器和零開(kāi)關(guān)pwm轉(zhuǎn)換器等,雖然在單相功率因數(shù)校正電路中采用這些電路可以提高功率因數(shù)和系統(tǒng)效率,但總體上并不理想。本文采用升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換電路,使其工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài),特點(diǎn)是工作在連續(xù)導(dǎo)電模式,優(yōu)點(diǎn)是功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗都大大降低,較之采用傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)控制技術(shù)的功率因數(shù)校正提高了一大步。通過(guò)電路仿真和實(shí)際電路設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)都可以很好地達(dá)到功率因數(shù)校正的目的,而且顯著減少了功率管的開(kāi)關(guān)損耗,抑制了電磁干擾,可獲得較高的效率。
升壓諧振轉(zhuǎn)換器(包括準(zhǔn)諧振和多諧振轉(zhuǎn)換器)的諧振電感和諧振電容一直參與能量傳遞,而且它們的電壓和電流應(yīng)力很大。而零開(kāi)關(guān)pwm轉(zhuǎn)換器中,雖然諧振元件不是一直工作在諧振狀態(tài),但諧振電感卻串聯(lián)在主功率回路中,它的損耗較大,同時(shí),開(kāi)關(guān)管和諧振元件的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力與準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器完全相同,為此提出了零轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器。它可分為零電壓轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器(升壓zvt-pwm)和零電流轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器(升壓zct-pwm)。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的又一飛躍。其特點(diǎn)是工作在pwm方式下,輔助諧振電路只是在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作一段時(shí)間,從實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān);其它時(shí)候不工作,從而減小了輔助電路的功耗。而且,輔助電路并聯(lián)在主功率回路中,輔助電路的工作不會(huì)增加主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力,主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力很小。
升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器
主電路拓?fù)浼肮ぷ髟?/strong>
電路零轉(zhuǎn)換工作原理
升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換電路如圖1所示,下面來(lái)分析所采用電路的工作原理和電路運(yùn)行模式:升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器不同于傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器,圖1和圖2分別為它的電路圖及波形圖。升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器在傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上增加了一個(gè)zvt 網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)由輔助開(kāi)關(guān)qzvt、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr及二極管d2和d3組成。電路工作時(shí),輔助開(kāi)關(guān)qzvt先于主開(kāi)關(guān)qmain 開(kāi)通,使zvt 諧振網(wǎng)絡(luò)工作,電容cr上電壓(即主開(kāi)關(guān)qmain 兩端電壓)下降到零,創(chuàng)造主開(kāi)關(guān)qmain 零電壓開(kāi)通條件。
圖1 升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器主電路
圖2 升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器波形圖
運(yùn)行模式分析
假設(shè)輸入電感足夠大,可以用恒流源iin代替,而輸出濾波電容足夠大,輸出端可用恒壓源vo 代替。設(shè)t 1. t0 - t1:在t0之前,主開(kāi)關(guān)qmain和輔助開(kāi)關(guān)qzvt關(guān)斷,二極管d1導(dǎo)通,負(fù)載電流全部流過(guò)d1。在t0時(shí)刻,輔助開(kāi)關(guān)qzvt 導(dǎo)通,隨著qzvt 的開(kāi)通,諧振電感l(wèi)r 中的電流線性上升到iin。而二極管d1中的電流線性下降至零,二極管d1零電流關(guān)斷,即實(shí)現(xiàn)了二極管的軟關(guān)斷。而在實(shí)際電路中,二極管d1 需要經(jīng)歷反向恢復(fù)以除去結(jié)電荷。此時(shí),zvt諧振電感l(wèi)r上的電壓為vo,電感電流上升至iin的時(shí)間t01為: (1) 2. t1-t2:在t1 時(shí)刻,諧振電感l(wèi)r 中的電流線性上升到iin,lr和cr開(kāi)始諧振。在諧振周期內(nèi),cr放電直到電壓為零。漏極電壓變換率du/dt由cr控制,cr實(shí)際上是cds與coss的和。在cr放電的同時(shí),諧振電感中的電流則持續(xù)上升。漏極電壓降至零所需的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)是諧振周期的1/4。在諧振周期結(jié)束時(shí),主開(kāi)關(guān)管的體二極管開(kāi)通。這一過(guò)程結(jié)束時(shí),qmain的體二極管開(kāi)通。 (2) 3. t2-t3:這一期間開(kāi)始時(shí),主開(kāi)關(guān)qmain的漏極電壓降到零,其體內(nèi)二極管開(kāi)通。流過(guò)體二極管的電流由zvt電感提供。由于電感兩端的電壓為零,因此,二極管處于續(xù)流狀態(tài)。而與此同時(shí),
關(guān)鍵詞:升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器;功率因數(shù)校正
引言
目前,升壓電路被廣泛應(yīng)用于單相整流電源的功率因數(shù)校正(pfc)技術(shù)中。傳統(tǒng)的升壓電路工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài),其特點(diǎn)是工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí),電感電流峰值正比于輸入電壓,輸入電流波形跟隨輸入電壓波形,因而控制簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)不僅要通過(guò)較大的通態(tài)電流,而且關(guān)斷較大的峰值電流會(huì)引起很大的關(guān)斷損耗,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。因此,在升壓電路中采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不但可以提高開(kāi)關(guān)頻率,還能解決開(kāi)關(guān)開(kāi)通與關(guān)斷損耗、容性開(kāi)通、感性關(guān)斷和二極管反相恢復(fù)4大難題。然而,在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)方面前人已經(jīng)提出好幾種電路,如諧振型轉(zhuǎn)換器、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器和零開(kāi)關(guān)pwm轉(zhuǎn)換器等,雖然在單相功率因數(shù)校正電路中采用這些電路可以提高功率因數(shù)和系統(tǒng)效率,但總體上并不理想。本文采用升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換電路,使其工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài),特點(diǎn)是工作在連續(xù)導(dǎo)電模式,優(yōu)點(diǎn)是功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗都大大降低,較之采用傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)控制技術(shù)的功率因數(shù)校正提高了一大步。通過(guò)電路仿真和實(shí)際電路設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)都可以很好地達(dá)到功率因數(shù)校正的目的,而且顯著減少了功率管的開(kāi)關(guān)損耗,抑制了電磁干擾,可獲得較高的效率。
升壓諧振轉(zhuǎn)換器(包括準(zhǔn)諧振和多諧振轉(zhuǎn)換器)的諧振電感和諧振電容一直參與能量傳遞,而且它們的電壓和電流應(yīng)力很大。而零開(kāi)關(guān)pwm轉(zhuǎn)換器中,雖然諧振元件不是一直工作在諧振狀態(tài),但諧振電感卻串聯(lián)在主功率回路中,它的損耗較大,同時(shí),開(kāi)關(guān)管和諧振元件的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力與準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器完全相同,為此提出了零轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器。它可分為零電壓轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器(升壓zvt-pwm)和零電流轉(zhuǎn)換pwm轉(zhuǎn)換器(升壓zct-pwm)。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的又一飛躍。其特點(diǎn)是工作在pwm方式下,輔助諧振電路只是在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作一段時(shí)間,從實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān);其它時(shí)候不工作,從而減小了輔助電路的功耗。而且,輔助電路并聯(lián)在主功率回路中,輔助電路的工作不會(huì)增加主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力,主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力很小。
升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器
主電路拓?fù)浼肮ぷ髟?/strong>
電路零轉(zhuǎn)換工作原理
升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換電路如圖1所示,下面來(lái)分析所采用電路的工作原理和電路運(yùn)行模式:升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器不同于傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器,圖1和圖2分別為它的電路圖及波形圖。升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器在傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上增加了一個(gè)zvt 網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)由輔助開(kāi)關(guān)qzvt、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr及二極管d2和d3組成。電路工作時(shí),輔助開(kāi)關(guān)qzvt先于主開(kāi)關(guān)qmain 開(kāi)通,使zvt 諧振網(wǎng)絡(luò)工作,電容cr上電壓(即主開(kāi)關(guān)qmain 兩端電壓)下降到零,創(chuàng)造主開(kāi)關(guān)qmain 零電壓開(kāi)通條件。
圖1 升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器主電路
圖2 升壓zvt-pwm轉(zhuǎn)換器波形圖
運(yùn)行模式分析
假設(shè)輸入電感足夠大,可以用恒流源iin代替,而輸出濾波電容足夠大,輸出端可用恒壓源vo 代替。設(shè)t 1. t0 - t1:在t0之前,主開(kāi)關(guān)qmain和輔助開(kāi)關(guān)qzvt關(guān)斷,二極管d1導(dǎo)通,負(fù)載電流全部流過(guò)d1。在t0時(shí)刻,輔助開(kāi)關(guān)qzvt 導(dǎo)通,隨著qzvt 的開(kāi)通,諧振電感l(wèi)r 中的電流線性上升到iin。而二極管d1中的電流線性下降至零,二極管d1零電流關(guān)斷,即實(shí)現(xiàn)了二極管的軟關(guān)斷。而在實(shí)際電路中,二極管d1 需要經(jīng)歷反向恢復(fù)以除去結(jié)電荷。此時(shí),zvt諧振電感l(wèi)r上的電壓為vo,電感電流上升至iin的時(shí)間t01為: (1) 2. t1-t2:在t1 時(shí)刻,諧振電感l(wèi)r 中的電流線性上升到iin,lr和cr開(kāi)始諧振。在諧振周期內(nèi),cr放電直到電壓為零。漏極電壓變換率du/dt由cr控制,cr實(shí)際上是cds與coss的和。在cr放電的同時(shí),諧振電感中的電流則持續(xù)上升。漏極電壓降至零所需的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)是諧振周期的1/4。在諧振周期結(jié)束時(shí),主開(kāi)關(guān)管的體二極管開(kāi)通。這一過(guò)程結(jié)束時(shí),qmain的體二極管開(kāi)通。 (2) 3. t2-t3:這一期間開(kāi)始時(shí),主開(kāi)關(guān)qmain的漏極電壓降到零,其體內(nèi)二極管開(kāi)通。流過(guò)體二極管的電流由zvt電感提供。由于電感兩端的電壓為零,因此,二極管處于續(xù)流狀態(tài)。而與此同時(shí),
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