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      一種新穎的完全斷續(xù)箝位電流模式功率因數(shù)校正電路

      作者: 時間:2011-02-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

      摘要:提供了一種新穎的寬輸入范圍、完全DCM、箝位電流工作模式的Boost功率因數(shù)校正電路控制方法。該控制方法不存在Boost電路中二極管的反向恢復,從而提高了整個電路的效率,同時,該方案獲得了低的總諧波畸變(THD)和較高的功率因數(shù)(PF)。該方案適合于中低功率場合的應(yīng)用。給出了具體的理論分析和一個100W的電路實驗數(shù)據(jù)。

      本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/179639.htm

      關(guān)鍵詞:電流箝位升壓;功率因數(shù)校正;完全斷續(xù)電流模式

       

      0 引言

      在以往的有源功率因數(shù)校正電路拓撲中,一個帶乘法器的控制芯片不可避免。為了降低成本,一種電流箝位(Clamped Current Boost,CCB)的控制方法可以簡化電路。在這種電路中,每半個周期中開關(guān)電流峰值被箝位至一個參考值。輸入電流的波形跟隨輸入電壓,這樣就可以得到理想的THD。由于它不需要乘法器來提供一個電流參考值,而可以利用任何一種峰值電流控制的芯片(如UC3843)來完成這個功能,從而大大降低了成本,簡化了電路。

      但是,以往提出的箝位電流模式電路,在低輸入電壓時工作在斷續(xù)電流DCM,在高輸入電壓時工作在連續(xù)電流模式CCM。而CCM的工作方式存在兩個缺點:一是電路中的續(xù)流二極管的反向恢復,這降低了電路的效率;二是電路中的電感值比較大,這給提高電路的功率密度帶來了困難。

      本文提出了一種在通用的整個輸入電壓范圍內(nèi)工作在DCM的CCB PFC電路。該電路消除了二極管的反向恢復問題,從而提高了電路的工作效率;同時,由于工作在電流斷續(xù)模式,電感量減小,這樣就可以減小電感的體積,提高功率密度。

      本文給出了該電路拓撲的數(shù)學分析并且給出了一個100W的電路實驗結(jié)果。

      1 理論分析

      電路原理圖如圖1所示。在進行分析之前,假設(shè)以下條件成立:

      ——所有的元器件都是理想的;

      ——變換器工作在穩(wěn)態(tài)時,開關(guān)頻率遠大于交流母線的頻率,從而可以認為在一個開關(guān)周期內(nèi),輸入電壓是恒定的;

      ——輸入電壓是理想的正弦波vac=Vmsin(ωLt),其中ωL為交流母線的頻率;

      ——參考電壓在一段時間內(nèi)是一個恒定值Vref

      ——輸出電壓是恒定的。

      圖1 CCB PFC電路

      為了便于分析,使得計算的結(jié)果與具體的電路參數(shù)無關(guān),我們采用標幺值,即令

      Vb=Vo;

      Ib=Vo/Rt(Rt=2L/Ts,Ts為開關(guān)周期);

      則輸入的電壓峰值為:

      Vm=Vm/Vb(1)

      與傳統(tǒng)的CCB PFC電路不同,在整個母線電壓輸入周期內(nèi),該電路工作在電流斷續(xù)模式。在每半個周期內(nèi),有兩種電流斷續(xù)工作模式。如圖1所示,在開關(guān)周期開始階段,Boost電路中的開關(guān)管處于開通的狀態(tài),電感中的電流iL從零開始增加。在采樣電壓(RiiL)達到參考電壓(Vref)和斜率補償電壓(VR)的和,或者達到最大占空比時,開關(guān)管關(guān)斷,電感電流線性減小(如圖2)。這兩種工作模式分別定義為DCM2和DCM1

      (a) DCM1(D=Dmax)

      (b) DCM2(DDmax)

      圖2 兩種電流斷續(xù)工作模式

      對一個周期內(nèi)電感電流求平均值,可以得到兩種DCM工作模式下的電流歸一化后的表達式分別為:

      iL,avDCM1=(2)

      iL,avDCM2=(3)

      式中:Kr為電流模式斜率補償深度系數(shù)。

      DCM1和DCM2的邊界條件為:

      D==Dmax(4)

      式中:斜率補償Mc=IR/(DmaxTs),IR為斜率補償電流。

      因此,可以得出DCM1和DCM2兩種工作模式的邊界點為:

      ωLt=arcsin

      式中:為斜率補償電流峰值。

      由前所述,可以得到每半個周期的平均電流歸一化暫態(tài)值:

      iLav(ωLt)=(5)

      由上面的分析可以得到每半個工頻周期,在不同輸入電壓下,輸入電流的的波形如圖3所示。

      圖3 輸入電流波形與輸入電壓的關(guān)系圖


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