CN112087128A - 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统 - Google Patents

一种交错式无桥Buck PFC整流器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112087128A
CN112087128A CN202010827647.7A CN202010827647A CN112087128A CN 112087128 A CN112087128 A CN 112087128A CN 202010827647 A CN202010827647 A CN 202010827647A CN 112087128 A CN112087128 A CN 112087128A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
voltage
pole
igbt
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010827647.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112087128B (zh
Inventor
李志忠
赵付立
梁嘉潮
李优新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202010827647.7A priority Critical patent/CN112087128B/zh
Publication of CN112087128A publication Critical patent/CN112087128A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112087128B publication Critical patent/CN112087128B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208Arrangements for improving power factor of AC input
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4291Arrangements for improving power factor of AC input by using a Buck converter to switch the input current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,利用Buck拓扑电路结构、不带反并联二极管的IGBT以及通过改进单周期控制,实现交错式单相无桥三电平功率因数校正的功能,达到低总谐波失真、高功率因数和高效稳定工作的效果。

Description

一种交错式无桥Buck PFC整流器系统
技术领域
本发明涉及AC/DC功率因数校正的技术领域,尤其涉及到一种交错式无桥BuckPFC整流器系统。
背景技术
随着电力电子技术快速发展,各种用电设备得到普及。然而接入电网的电力电子开关电源设备成为向电网注入电流谐波的主要来源。高次电流谐波已经严重影响了电网电能质量、传输效率和其他设备的安全运行。因此国内外相关组织针对这一问题制定了限制电力系统电流谐波的相关安全标准。功率因数校正作为一种抑制高次谐波电流和提高功率因数的有效方法,已经成为中大功率电子设备不可或缺的重要一部分。
功率因数校正电路分为无源功率因数校正(PPFC)和有源功率因数校正(APFC)。APFC由于体积小、PF值高而得到广泛应用。传统的功率因数校正电路以升压有源功率因数校正整流器(Boost APFC)为代表,其以结构简单、安全稳定的特点得到广泛应用。然而,在宽范围输入电压条件下,传统的Boost APFC整流器在低电压输入时比高压输入时其效率要低,而且输出电压较高,对于后级设备功率器件电压应力要求较高。由于前级整流桥的存在,导致过多的能量损失,尤其在低压大功率时,二极管的通态损耗更为明显,这大大限制了整流器整机效率的提升。
为了解决传统Boost APFC整流器带来的问题,有学者提出了无桥Buck PFC整流器,无桥Buck PFC整流器方案利用开关管代替桥臂二极管,减小了导通路径开关器件的损耗,而且实现降压输出的目的,减小了后级电路功率器件电压应力要求,从而缩小了成本和提高了工作效率。然而传统无桥Buck PFC整流器在低压输入时,由于输出电压高于输入电压,存在一定的输入电流死角,从而会恶化输入电流的谐波和功率因数值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,利用Buck拓扑电路结构、不带反并联二极管的IGBT以及通过改进单周期控制,实现交错式单相无桥三电平功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)的功能,达到低总谐波失真、高功率因数和高效稳定工作的效果。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:
一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,包括主功率电路和控制电路;
所述控制电路与主功率电路连接,从主功率电路得到输入电压Uin、输出电压Uo、电感电流IL采样数据;
其中,所述主功率电路由功率电感L1、L2、功率MOSFET S1、S2、S3、S4、不带反并联二极管的IGBT S5、S6、S7、S8,输出滤波电容Co1、Co2、负载R组成;
所述功率MOSFET S1的S极与功率MOSFET S2的S极连接,功率MOSFET S1的G极与功率MOSFET S2的G极连接;
所述功率MOSFET S1的D极与电压输入端连接;
所述功率MOSFET S2的D极、不带反并联二极管的IGBT S5的S极、不带反并联二极管的IGBT S6的D极均与功率电感L1的一端连接,功率电感L1的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
所述功率MOSFET S1、S2、功率电感L1,通过中性线构成回路;
所述功率MOSFET S3的S极与功率MOSFET S4的S极连接,功率MOSFET S3的G极与功率MOSFET S4的G极连接;
所述功率MOSFET S3的D极与电压输入端连接;
所述功率MOSFET S4的D极、不带反并联二极管的IGBT S7的S极、不带反并联二极管的IGBT S8的D极均与功率电感L2的一端连接,功率电感L2的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
所述功率MOSFET S3、S4、功率电感L2,通过中性线构成回路;
所述输出滤波电容Co2的另一端与不带反并联二极管的IGBT S5和S7的D极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S5构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S7构成回路;
所述输出滤波电容Co1的另一端与不带反并联二极管的IGBT S6和S8的S极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S6构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S8构成回路;
所述负载R和输出滤波电容Co1、Co2串联。
进一步地,所述控制电路由辅助供电电源模块、输入电压检测模块、输出电压采样模块、电感电流采样模块、第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、第五驱动模块、第六驱动模块、第一RS触发器、第二RS触发器、第一比较器、第二比较器、第一积分器、第二积分器、加法器、误差放大器组成;
其中,所述输入电压检测模块和输出电压采样模块分别与主功率电路中对应的电压输入端和电压输出端连接;
所述误差放大器连接在输出电压采样模块和加法器之间,并分别与第一比较器和第二比较器连接;
所述电感电流采样模块的一端与主功率电路连接,另一端与加法器连接;
所述加法器连接两条线路;
第一条线路中,第一积分器、第一比较器、第一RS触发器、第一驱动模块顺序连接;
第二条线路中,第二积分器、第二比较器、第二RS触发器、第四驱动模块顺序连接;
所述第二驱动模块和第三驱动模块分别连接于第一RS触发器和输入电压检测模块之间;
所述第五驱动模块、第六驱动模块分别连接于第二RS触发器和输入电压检测模块之间;
所述辅助供电电源模块与输入电压检测模块连接。
进一步地,所述输入电压检测模块包括转换电路、双向稳压二极管以及运算放大器;其中,双向稳压二极管接于转换电路和运算放大器之间;
所述转换电路由第一、二、三、四分压电阻R1a、R2a、R3a、R4a组成;
所述第一分压电阻R1a的一端接电流输入,另一端与第二分压电阻R2a连接;
所述第四分压电阻R4a的一端接电流输入,另一端与第三分压电阻R3a连接;
所述第二分压电阻R2a的另一端和第三分压电阻R3a的另一端接地。
进一步地,所述第一RS触发器和第二RS触发器的使能时钟相位相差180度。
与现有技术相比,本方案原理及优点如下:
1)由于交错式无桥Buck PFC整流器系统不存在输入电流死角问题,因此大大提高了功率因数和降低了总谐波失真度,进一步优化了整机工作效率。
2)由于交错式无桥Buck PFC整流器系统输出电压比Boost型PFC整流器低,因此,降低了后级设备功率器件电压应力,减小了成本;而且输入电压较低时与输出电压接近,能使整流器实现较高工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种交错式无桥Buck PFC整流器系统的结构框图;
图2为本发明一种交错式无桥Buck PFC整流器系统中主功率电路的电路图;
图3为单路无桥Buck PFC整流器拓扑结构图;
图4为图3在交流电输入正半周时的工作模态之一;
图5为图3在交流电输入正半周时的工作模态之二;
图6为图3在交流电输入负半周时的工作模态之一;
图7为图3在交流电输入负半周时的工作模态之二;
图8为输入电压检测模块的结构示意图;
图9为输出电压采样模块的电路图;
图10为电感电流采样模块的电路图;
图11为第一、二、三、四、五、六驱动电路模块的电路图;
图12为输入电压检测模块各关键信号波形图;
图13为仿真后输出电压波形图;
图14为仿真后0.08倍市电的输入电压和输入电流波形图;
图15为仿真后L1和L2电感交错电流波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
如图1所示,本实施例所述的一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,包括主功率电路1和控制电路2两部分;
控制电路2与主功率电路1连接,从主功率电路得到输入电压Uin、输出电压Uo、电感电流IL采样数据;
其中,如图2所示,第一部分中,主功率电路1由功率电感L1、L2、功率MOSFET S1、S2、S3、S4、不带反并联二极管的IGBT S5、S6、S7、S8,输出滤波电容Co1、Co2、负载R组成;
功率MOSFET S1的S极与功率MOSFET S2的S极连接,功率MOSFET S1的G极与功率MOSFET S2的G极连接;
功率MOSFET S1的D极与电压输入端连接;
功率MOSFET S2的D极、不带反并联二极管的IGBT S5的S极、不带反并联二极管的IGBT S6的D极均与功率电感L1的一端连接,功率电感L1的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
功率MOSFET S1、S2、功率电感L1,通过中性线构成回路;
功率MOSFET S3的S极与功率MOSFET S4的S极连接,功率MOSFET S3的G极与功率MOSFET S4的G极连接;
功率MOSFET S3的D极与电压输入端连接;
功率MOSFET S4的D极、不带反并联二极管的IGBT S7的S极、不带反并联二极管的IGBT S8的D极均与功率电感L2的一端连接,功率电感L2的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
功率MOSFET S3、S4、功率电感L2,通过中性线构成回路;
输出滤波电容Co2的另一端与不带反并联二极管的IGBT S5和S7的D极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S5构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S7构成回路;
输出滤波电容Co1的另一端与不带反并联二极管的IGBT S6和S8的S极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S6构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S8构成回路;
负载R和输出滤波电容Co1、Co2串联。第二部分中,控制电路2由辅助供电电源模块2-1、输入电压检测模块2-2、输出电压采样模块2-3、电感电流采样模块2-4、第一驱动模块2-5、第二驱动模块2-6、第三驱动模块2-7、第四驱动模块2-8、第五驱动模块2-9、第六驱动模块2-10、第一RS触发器2-11、第二RS触发器2-12、第一比较器2-13、第二比较器2-14、第一积分器2-15、第二积分器2-16、加法器2-17、误差放大器2-18组成;
具体连接关系如下:
输入电压检测模块2-2和输出电压采样模块2-3分别与主功率电路1中对应的电压输入端和电压输出端连接;
误差放大器2-18连接在输出电压采样模块2-3和加法器2-17之间,并分别与第一比较器2-13和第二比较器2-14连接;;
电感电流采样模块2-4的一端与主功率电路1连接,另一端与加法器2-17连接;
加法器2-17连接两条线路;
第一条线路中,第一积分器2-15、第一比较器2-13、第一RS触发器2-11、第一驱动模块2-5顺序连接;
第二条线路中,第二积分器2-16、第二比较器2-14、第二RS触发器2-12、第四驱动模块2-8顺序连接;
第二驱动模块2-6和第三驱动模块2-7分别连接于第一RS触发器2-11和输入电压检测模块2-2之间;
第五驱动模块2-9、第六驱动模块2-10分别连接于第二RS触发器2-12和输入电压检测模块2-2之间;
辅助供电电源模块2-1与输入电压检测模块2-2连接;
第一RS触发器2-11和第二RS触发器2-12的使能时钟相位相差180度;
进一步地,如图8所示,输入电压检测模块2-2包括转换电路、双向稳压二极管以及运算放大器;其中,双向稳压二极管接于转换电路和运算放大器之间;
所述转换电路由第一、二、三、四分压电阻R1a、R2a、R3a、R4a组成;
所述第一分压电阻R1a的一端接电流输入,另一端与第二分压电阻R2a连接;
所述第四分压电阻R4a的一端接电流输入,另一端与第三分压电阻R3a连接;
所述第二分压电阻R2a的另一端和第三分压电阻R3a的另一端接地。
而输出电压采样模块2-3和电感电流采样模块2-4分别如图9和图10所示;
第一、二、三、四、五、六驱动电路模块如图11所示。
本实施例具体的工作原理如下:
首先将输出电压采样值v0与参考电压vref经过误差放大器得到误差电压值vm,将vm值一路送入加法器2-17与电感电流采样值im进行求和得到V3值,然后将V3值送入第一积分器2-15和第二积分器2-16得到V1和V2;一路直接送入第一比较器2-13和第二比较器2-14,并且与V1和V2进行比较;接着将两个比较器的输出值分别送入第一RS触发器2-11和第二RS触发器2-12;最后,第一RS触发器2-11得到两路互补的PWM驱动信号Q1、Q2;第二RS触发器2-12得到两路互补的PWM驱动信号Q3、Q4,而且PWM驱动信号Q1和PWM驱动信号Q3相位差为180度。
当第一RS触发器2-11使能时,将输入电压Uin送入输入电压检测模块2-2对输入电压极性进行判断,若判断出Uin>0时,第二驱动模块2-6输出驱动信号PS5,此时第一驱动模块2-5、第三驱动模块2-7不输出驱动信号;若判断出Uin<0时,第三驱动模块2-7输出驱动信号PS6,此时第一驱动模块2-5、第二驱动模块2-6不输出驱动信号。当第一驱动模块2-5输出驱动信号PS1,S2,此时第二驱动模块2-6、第三驱动模块2-7不输出驱动信号。
当第二RS触发器2-12使能时,将输入电压Uin送入输入电压检测模块2-2对输入电压极性进行判断,若判断出Uin>0时,第五驱动模块2-9输出驱动信号PS7,此时第四驱动模块2-8、第六驱动模块2-10不输出驱动信号;若判断出Uin<0时,第六驱动模块2-10输出驱动信号PS8,此时第四驱动模块2-8、第五驱动模块2-9不输出驱动信号。当第四驱动模块2-8输出驱动信号PS3,S4,此时第五驱动模块2-9、第六驱动模块2-10不输出驱动信号。
通过控制电路2产生的驱动信号PS1,S2、PS3,S4分别控制对应的功率MOSFET S1、S2、S3、S4;驱动信号PS5、PS6、PS7、PS8分别控制不带反并联二极管的IGBT S5、S6、S7、S8
主功率电路1通过控制电路2的精确控制,从而可以实现功率因数校正的目的。
更进一步地,由于本实施例涉及到交错式无桥Buck PFC整流器,两路功率电感L1、L2交错进行工作,可以看做驱动信号相位相差180度的两路交错工作的无桥Buck PFC整流器,因此可以通过分析单路无桥Buck PFC整流器的工作原理来表述该交错式无桥Buck PFC整流器整个电路的工作过程。该交错式无桥Buck PFC整流器物理解耦后的单路无桥BuckPFC整流器拓扑结构如图3所示,其负载电阻为2R。其中,两路无桥Buck PFC整流器工作原理相同,下面对单路无桥Buck PFC整流器拓扑结构各工作模态进行详细分析:
一、在交流电输入正半周,该阶段可以分为两个工作模态:
(1)工作模态一
当交流输入为正半周期时,功率MOSFET S1、S2同时导通,不带反并联二极管的IGBTS5和S6处于关闭状态。输入电流经过功率MOSFET S1、S2,功率电感L1,然后通过中性线构成回路,对功率电感L1进行储能。同时直流母线输出滤波电容Co1、Co2向负载2R供能,该期间电路工作状态如图4所示。
(2)工作模态二
当功率MOSFET S1、S2同时关断时,由输入电压检测模块2-2检测到交流输入为正半周期及Uin>0,第二驱动模块2-6输出驱动信号PS5给不带反并联二极管的IGBT S5,使得不带反并联二极管的IGBT S5导通,此时功率MOSFET S1、S2和不带反并联二极管的IGBT S6处于关闭状态。功率电感L1释放能量,电感电流线性下降,电流经过直流母线输出滤波电容Co2,不带反并联二极管的IGBT S5构成回路,对滤波电容Co2进行充电。同时直流母线输出滤波电容Co1、Co2向负载2R供能,该期间电路工作状态如图5所示。
二、在交流电输入负半周,该阶段可以分为两个工作模态:
(1)工作模态一
当交流输入为负半周期时,功率MOSFET S1、S2同时导通,不带反并联二极管的IGBTS5和S6处于关闭状态。输入电流经过功率MOSFET S1、S2,功率电感L1,然后通过中性线构成回路,对功率电感L1进行储能。同时直流母线输出滤波电容Co1、Co2向负载2R供能,该期间电路工作状态如图6所示;
(2)工作模态二
当功率MOSFETS1、S2同时关断时,由输入电压检测模块2-2检测到交流输入为负半周期及Uin<0,第三驱动模块2-7输出驱动信号PS6给不带反并联二极管的IGBT S6,使得不带反并联二极管的IGBT S6导通,此时功率MOSFET S1、S2和不带反并联二极管的IGBT S5处于关闭状态。功率电感L1释放能量,电感电流线性下降,电流经过直流母线输出滤波电容Co1,不带反并联二极管的IGBT S6构成回路,对滤波电容Co1进行充电。同时直流母线输出滤波电容Co1、Co2向负载2R供能,该期间电路工作状态如图7所示;
上述中,主功率电路1通过控制电路2的精确控制,实现功率因数校正的具体原理如下:
由于输入电压和输入电流波形都是正弦且同相位,因此可以将整流器输入阻抗等效为纯电阻Req,表达式为:
Figure BDA0002636807260000101
式中,Req为输入等效电阻;Uin为整流器输入电压,iin为整流器输入电流。
在电感电流连续模式下,整流器输入电压Uin和输出电压Uo之间的关系为:
Figure BDA0002636807260000111
式中,D为一个开关周期内的占空比。联立式(1.1)和式(1.2)整理可得:
Figure BDA0002636807260000112
将上面等式两边同时乘以电感电流检测电阻Rs,并进行整理可得:
Figure BDA0002636807260000113
由式(1.4)可知,Rs和Req为定值,误差放大器的误差电压值vm,在理论情况下,vm与输出电压Uo成比例关系,因此可设定vm为:
Figure BDA0002636807260000114
联立式(1.4)和式(1.5),可得下式:
(Rs·iin+vm)·D=vm (1.6)
上式为改进单周期控制交错式无桥Buck PFC整流器的核心控制方程,由式(1.6)可知,只要占空比D满足上式关系可使得整流器输入电流波形追踪输入电压波形的变化,且相位一致,整流器即可实现单位功率因素校正的目的。
跟进一步地,由于本实施例交错式无桥Buck PFC整流器电路拓扑结构中存在共源串联的功率MOSFET S1、S2、共源串联的功率MOSFET S3、S4、不带反并联二极管的IGBT S5、S6、S7、S8。为了实现PFC功能,所以需要对输入电压极性进行判断,以便于确定输入电压在不同极性时,选择对应的不带反并联二极管的IGBT工作。
第二、输入电压检测模块2-2如图8所示,首先交流电Uin通过R1a与R2a和R3a与R4a两组分压电阻将输入交流电压转变为小信号交流电,同时加入双向稳压二极管(TVS),在电路发生异常时起到保护运算放大器(OPAMP)的作用。通过OPAMP两输入端比较可以得输出信号uin为高电平还是低电平,在交流电压输入为正半周期时,OPAMP同相输入端电位为正,反向端输入端电位为负,OPAMP输出高电平;反之,在交流电压输入为负半周期时,OPAMP输出低电平。以此来选通对应的驱动电路。输入电压检测模块2-2各关键信号波形如图12所示。
为证明本实施例的有效性,利用仿真软件PSIM对本发明实例进行仿真,以下是仿真结果。图13给出了输出电压波形,图14给出了0.08倍市电的输入电压和输入电流波形,图15给出了L1和L2电感交错电流波形。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,其特征在于,包括主功率电路(1)和控制电路(2);
所述控制电路(2)与主功率电路(1)连接,从主功率电路得到输入电压Uin、输出电压Uo、电感电流IL采样数据;
其中,所述主功率电路(1)由功率电感L1、L2、功率MOSFET S1、S2、S3、S4、不带反并联二极管的IGBT S5、S6、S7、S8,输出滤波电容Co1、Co2、负载R组成;
所述功率MOSFET S1的S极与功率MOSFET S2的S极连接,功率MOSFET S1的G极与功率MOSFET S2的G极连接;
所述功率MOSFET S1的D极与电压输入端连接;
所述功率MOSFET S2的D极、不带反并联二极管的IGBT S5的S极、不带反并联二极管的IGBT S6的D极均与功率电感L1的一端连接,功率电感L1的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
所述功率MOSFET S1、S2、功率电感L1,通过中性线构成回路;
所述功率MOSFET S3的S极与功率MOSFET S4的S极连接,功率MOSFET S3的G极与功率MOSFET S4的G极连接;
所述功率MOSFET S3的D极与电压输入端连接;
所述功率MOSFET S4的D极、不带反并联二极管的IGBT S7的S极、不带反并联二极管的IGBT S8的D极均与功率电感L2的一端连接,功率电感L2的另一端分别与输出滤波电容Co1、Co2的一端连接;
所述功率MOSFET S3、S4、功率电感L2,通过中性线构成回路;
所述输出滤波电容Co2的另一端与不带反并联二极管的IGBT S5和S7的D极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S5构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co2、不带反并联二极管的IGBT S7构成回路;
所述输出滤波电容Co1的另一端与不带反并联二极管的IGBT S6和S8的S极连接,功率电感L1、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S6构成回路;功率电感L2、输出滤波电容Co1、不带反并联二极管的IGBT S8构成回路;
所述负载R和输出滤波电容Co1、Co2串联。
2.根据权利要求1所述的一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,其特征在于,所述控制电路(2)由辅助供电电源模块(2-1)、输入电压检测模块(2-2)、输出电压采样模块(2-3)、电感电流采样模块(2-4)、第一驱动模块(2-5)、第二驱动模块(2-6)、第三驱动模块(2-7)、第四驱动模块(2-8)、第五驱动模块(2-9)、第六驱动模块(2-10)、第一RS触发器(2-11)、第二RS触发器(2-12)、第一比较器(2-13)、第二比较器(2-14)、第一积分器(2-15)、第二积分器(2-16)、加法器(2-17)、误差放大器(2-18)组成;
其中,所述输入电压检测模块(2-2)和输出电压采样模块(2-3)分别与主功率电路(1)中对应的电压输入端和电压输出端连接;
所述误差放大器(2-18)连接在输出电压采样模块(2-3)和加法器(2-17)之间,并分别与第一比较器(2-13)和第二比较器(2-14)连接;
所述电感电流采样模块(2-4)的一端与主功率电路(1)连接,另一端与加法器(2-17)连接;
所述加法器(2-17)连接两条线路;
第一条线路中,第一积分器(2-15)、第一比较器(2-13)、第一RS触发器(2-11)、第一驱动模块(2-5)顺序连接;
第二条线路中,第二积分器(2-16)、第二比较器(2-14)、第二RS触发器(2-12)、第四驱动模块(2-8)顺序连接;
所述第二驱动模块(2-6)和第三驱动模块(2-7)分别连接于第一RS触发器(2-11)和输入电压检测模块(2-2)之间;
所述第五驱动模块(2-9)、第六驱动模块(2-10)分别连接于第二RS触发器(2-12)和输入电压检测模块(2-2)之间;
所述辅助供电电源模块(2-1)与输入电压检测模块(2-2)连接。
3.根据权利要求2所述的一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,其特征在于,所述输入电压检测模块(2-2)包括转换电路、双向稳压二极管以及运算放大器;其中,双向稳压二极管接于转换电路和运算放大器之间;
所述转换电路由第一、二、三、四分压电阻R1a、R2a、R3a、R4a组成;
所述第一分压电阻R1a的一端接电流输入,另一端与第二分压电阻R2a连接;
所述第四分压电阻R4a的一端接电流输入,另一端与第三分压电阻R3a连接;
所述第二分压电阻R2a的另一端和第三分压电阻R3a的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的一种交错式无桥Buck PFC整流器系统,其特征在于,所述第一RS触发器(2-11)和第二RS触发器(2-12)的使能时钟相位相差180度。
CN202010827647.7A 2020-08-17 2020-08-17 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统 Active CN112087128B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010827647.7A CN112087128B (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010827647.7A CN112087128B (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112087128A true CN112087128A (zh) 2020-12-15
CN112087128B CN112087128B (zh) 2024-08-27

Family

ID=73729064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010827647.7A Active CN112087128B (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112087128B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117060747A (zh) * 2023-08-21 2023-11-14 哈尔滨工业大学 元件复用型单级单相无桥整流器拓扑优化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104324A (zh) * 2009-12-21 2011-06-22 力铭科技股份有限公司 交错式无桥功率因子修正器及控制方法
EP2779393A2 (en) * 2013-03-12 2014-09-17 XP Power Limited Bridgeless interleaved power factor correction circuit using a PFC inductor with quad-winding on a single core
KR20160000638A (ko) * 2014-06-25 2016-01-05 청주대학교 산학협력단 고역률 스위칭 정류기의 제어회로
CN212850263U (zh) * 2020-08-17 2021-03-30 广东工业大学 一种新型occ降压pfc电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104324A (zh) * 2009-12-21 2011-06-22 力铭科技股份有限公司 交错式无桥功率因子修正器及控制方法
EP2779393A2 (en) * 2013-03-12 2014-09-17 XP Power Limited Bridgeless interleaved power factor correction circuit using a PFC inductor with quad-winding on a single core
KR20160000638A (ko) * 2014-06-25 2016-01-05 청주대학교 산학협력단 고역률 스위칭 정류기의 제어회로
CN212850263U (zh) * 2020-08-17 2021-03-30 广东工业大学 一种新型occ降压pfc电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李秋如;李志忠;兰尚荣;: "数字单周控制的三相三开关APFC电路的研究", 电气应用, no. 23, 5 December 2016 (2016-12-05) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117060747A (zh) * 2023-08-21 2023-11-14 哈尔滨工业大学 元件复用型单级单相无桥整流器拓扑优化方法
CN117060747B (zh) * 2023-08-21 2024-08-23 哈尔滨工业大学 元件复用型单级单相无桥整流器拓扑优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112087128B (zh) 2024-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN212850263U (zh) 一种新型occ降压pfc电路
CN111431394B (zh) 一种降压式单相三电平无桥pfc变换器系统的控制方法
CN107093954B (zh) 带boost升压的两级式三相四桥臂逆变系统及控制策略
CN107623436B (zh) 一种pfc电源装置
CN100471016C (zh) 三相整流桥直流侧并联型有源电力滤波器
CN211630095U (zh) 一种单相三电平Buck PFC整流器
CN211959064U (zh) 一种新型非隔离Buck PFC变换器系统
CN104253549A (zh) 一种基于lcl滤波的大功率pwm整流器电路拓扑结构
CN102157957A (zh) 一种基于ups拓扑的节能回馈负载系统及其控制方法
CN113765359A (zh) 一种多单元并联整合降压无桥pfc变换器
CN105226932A (zh) 高效率功率因数校正电路拓扑结构及其控制方法
CN112087128B (zh) 一种交错式无桥Buck PFC整流器系统
CN203151389U (zh) 一种三相高功率因数整流器的控制电路
CN111342684B (zh) 一种单相三电平Buck PFC整流器及其控制方法
CN103762839B (zh) 一种磁耦合型单相高增益无桥功率因数校正电路
CN211959080U (zh) 一种降压式三相四线制三电平pfc整流器系统
CN111431420B (zh) 一种三相四线制三电平Buck PFC整流器系统的控制方法
CN108683345B (zh) 一种基于SiC二极管的三相改进型双Buck/Boost变流器
CN110289755A (zh) 高功率因数DCM Buck-Flyback PFC变换器
Ortmann et al. Concepts for high efficiency single-phase three-level PWM rectifiers
CN104967304A (zh) 一种基于无桥cuk隔离型三相功率因数校正变换器
CN203691227U (zh) 一种大功率三相有源功率校正电路
CN209345029U (zh) 一种五电平逆变拓扑电路及五电平逆变器
CN208143107U (zh) 一种新型单相混合三电平整流器
CN205142020U (zh) 逆变电源及逆变焊机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant