雙重單級(jí)PFC軟開關(guān)變換器
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
模態(tài)4[t3～t4] V3和V4均關(guān)斷，V2繼續(xù)開通，V1開通，VD1，VD3，VD5，VD6，VD8正向?qū)?，VD2，VD4，VD7反向截止。Uin和L1繼續(xù)給C3充電，iL1線性下降。在此開關(guān)模態(tài)中，VDr1導(dǎo)通，加在V1上的電壓為零，所以V1能ZVS開通。流過VD5，VD6的電流之和等于iL3，當(dāng)VD6上的電流等于iL3時(shí)，VD5反向關(guān)斷，下半單元的電路狀態(tài)與模態(tài)1中狀態(tài)相同，此模態(tài)結(jié)束。
模態(tài)5[t4～t5] V3和V4均關(guān)斷，V2繼續(xù)開通，V1開通，VD1，VD3，VD6，VD8正向?qū)?，VD2，VD4，VD5，VD7反向截止。Uin和L1繼續(xù)給C3充電，iL1線性下降，iLr1在uLr1=-uC1-uLm1作用下線性上升，而iLr2在uLr2=-uC2-uLm2作用下線性下降。下半單元的電路狀態(tài)與模態(tài)1中狀態(tài)相同，此模態(tài)結(jié)束。
模態(tài)6[t5～t6] V3和V4均關(guān)斷，V2關(guān)斷，V1繼續(xù)開通，VD1，VD3，VD6，VD8正向?qū)ǎ琕D2，VD4，VD5，VD7反向截止。上半單元電路狀態(tài)與模態(tài)5中狀態(tài)相同，Uin和L2繼續(xù)給C4充電，iL2線性下降。在t6時(shí)刻V2關(guān)斷，T2的初級(jí)電壓uLm2+uLr2=uC4-uCV4，iLr2給CV4反向充電，在t6時(shí)刻，使uCV4降為uC4，uLm2≈0，次級(jí)電壓也等于零。VD7開始正向?qū)ǎ四B(tài)結(jié)束。
模態(tài)7[t6～t7] V3和V4均關(guān)斷，V2關(guān)斷，V1繼續(xù)開通，VD1，VD3，VD6，VD7，VD8正向?qū)ǎ琕D2，VD4，VD5反向截止。上半單元電路狀態(tài)與模態(tài)5中狀態(tài)相同，Uin和L2繼續(xù)給C4充電，iL2線性下降。VD7，VD8同時(shí)導(dǎo)通，uLm2被箝位在零。故iLm2恒定，VD7上電流iVD2增加，而VD8上電流iVD8減少。同時(shí)，由于諧振的作用，CV4一直被反向充電，一直到uCV4=0。此時(shí)VDr4正向?qū)ā閂4的ZVS導(dǎo)通創(chuàng)造了條件，此模態(tài)結(jié)束。
模態(tài)8[t7～t8] V3和V2關(guān)斷，V4導(dǎo)通，V1繼續(xù)開通，VD1，VD3，VD6，VD7正向?qū)?，VD2，VD4，VD5，VD8反向截止。上半單元的電路狀態(tài)與模態(tài)5中狀態(tài)相同，Uin和L2繼續(xù)給C4充電，iL2線性下降。由于VDr4正向?qū)?，V4能實(shí)現(xiàn)ZVS開通，流過VD7和VD8的電流之和等于iL4當(dāng)流過VD7的電流等于iL4時(shí)，VD8反向截止，此模態(tài)結(jié)束。
雙重單級(jí)PFC軟開關(guān)變換器后半個(gè)開關(guān)周期(t9～t16)與前半個(gè)開關(guān)周期(t1～t8)類似。
3 參數(shù)設(shè)計(jì)
3．1 實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的條件
在單級(jí)PFC變換器中，當(dāng)PFC變換器工作在斷續(xù)電流模式(DCM)下時(shí)，輸入電流基本上能跟隨輸入電壓變化，實(shí)現(xiàn)其固有的PFC功能。為使PFC變換器工作在DCM下，必須滿足以下條件：
式中：L1為PFC升壓電感；Ro為輸出負(fù)載阻抗，Ro=24 Ω；Uo為輸出電壓，Uo=48 V；Ts=10μs；η為變換器效率；uC為中間儲(chǔ)能電容上的電壓，uC=450V；D為占空比，D=0．28。
由式(1)，(2)可知，選L1=L2=0．5 mH時(shí)可達(dá)到高功率因數(shù)校正的目的。
3．2 主開關(guān)管的選擇
主開關(guān)管的最大電壓值為：
式中：Lm為勵(lì)磁電感；C為箝位電容；fs為開關(guān)頻率；N為變壓器的匝數(shù)比。
主開關(guān)管的最大電流值IV3max=4．4 A。此處選擇的主開關(guān)管是2SK1358，漏源電壓為900 V，最大漏極電流為9 A。
3．3 箝位開關(guān)管的選擇
箝位開關(guān)管的最大電壓值為：UdsV2_max=Uin+NUo／(1-D)=587 V，其最大電流值IV2max=3．4 A。取最大電流的兩倍裕量，即6．8 A，取電壓的1．5倍裕量，即881 V，此處選擇的箝位開關(guān)管是2SK1358。
3．4 實(shí)現(xiàn)ZVS的條件
為確保主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS，當(dāng)主開關(guān)管開通時(shí)，其體電容上電壓必須為零。因此儲(chǔ)存在Lr1中的能量必須大于儲(chǔ)存在CV3中能量。Lr1≥ CV3(Uin+uC)2／iLr12。根據(jù)2SK1358數(shù)據(jù)手冊(cè)，CV3≈800 pF，Uin=450 V，iLr1=4．4 A，故Lr1=Lr2=15μH時(shí)可實(shí)現(xiàn)ZVS。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
基于圖1拓?fù)渲谱髁艘慌_(tái)額定輸出功率為96 W，輸入交流電壓在165～265 V變化，輸出電壓恒定在48 V，額定輸出電流為2 A的樣機(jī)。圖3a示出輸入電流、電壓和輸出電壓波形，可見，輸入電流基本上與輸入電壓同相位，達(dá)到了高功率因數(shù)校正的目的；輸出電壓穩(wěn)定在48 V，達(dá)到預(yù)期效果。圖3b，c示出V1～V4的驅(qū)動(dòng)和漏源電壓波形，可見，V1～V4均是在零電壓下實(shí)現(xiàn)開通與關(guān)斷的。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175739.htm
圖3d示出變換器功率因數(shù)和效率曲線，可見，在額定值下變換器功率因數(shù)為0．988，效率為93．97％，該變換器具有高功率因數(shù)和高效率。
5 結(jié)論
提出了一種新穎的雙重單級(jí)PFC軟開關(guān)變換器，所有的功率開關(guān)管都實(shí)現(xiàn)了ZVS開通，且電壓和電流應(yīng)力較小，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)校正。通過分析，給出了關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)要求，然后搭建了一臺(tái)輸出為48 V／2 A，96 W的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，在額定值下變換器功率因數(shù)為0．988，變換器效率為93．97％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。
評(píng)論