基于Flyboost模塊的新型單級(jí)功率因數(shù)校正變換器

圖3帶Flyboost模塊的單級(jí)PFC變換器

圖4Flyboost模塊兩種工作狀態(tài)示意圖

(a)兩種工作狀態(tài)

(b)反激變壓器狀態(tài)(c)Boost電感狀態(tài)

在這種狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過整流橋后的輸入電iin流是一個(gè)直角三角波，如圖4所示。平均輸入電流可表示為Iin(avg)=·D2·Ts(11)

式中：L1為T1初級(jí)繞組的電感值。

2）Boost電感狀態(tài)當(dāng)|Vin(t)|>(Vc1－nVo)時(shí)，T1相當(dāng)于一個(gè)Boost電感。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)S1開通時(shí)，L1經(jīng)D5充電儲(chǔ)能；當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，由于|Vin(t)|>(Vc1－nVo)，D6導(dǎo)通，儲(chǔ)存在L1上的能量向C1放電，其工作方式與一般的Boost電感型單級(jí)PFC變換器一樣。

在這種狀態(tài)時(shí)，平均輸入電流可表示為Iin(avg)=（12）

由式（11）（12）可知，無論Flyboost模塊處于反激變壓器狀態(tài)或者Boost電感狀態(tài)，變換器都能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。

另外，這種新型的單級(jí)PFC變換器還具有一般單級(jí)PFC變換器所沒有的優(yōu)點(diǎn)：

1）高效率因?yàn)楫?dāng)Flyboost模塊工作在反激變壓器狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)無損電阻，所以會(huì)獲得比一般單級(jí)PFC變換器高的效率；

2）自動(dòng)限制中間儲(chǔ)能電容C1上的電壓因?yàn)?，?dāng)Flyboost模塊處于反激變壓器狀態(tài)時(shí)，反激變壓器副邊反饋到原邊的電壓加上輸入電壓之和為（|Vin(t)|＋Vo·n），只有當(dāng)它大于Vc1時(shí)，C1才會(huì)被充電，此時(shí)Flyboost模塊進(jìn)入Boost電感狀態(tài)，所以，C1的電壓最終被箝位在(Vin(peak)＋Vo·n)；

3）輸出電流紋波很小如前所述，普通的反激變壓器PFC模塊得到的輸出電流含有很大的二倍工頻紋波，但是，在這種新型變換器中，變換器的輸出由Flyboost模塊和DC/DC級(jí)的正激變換器共同調(diào)節(jié)，可以獲得穩(wěn)定的低紋波輸出。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖3建立了單級(jí)PFC變換器實(shí)驗(yàn)電路，設(shè)計(jì)參數(shù)為：AC輸入170～230V；DC輸出16V/7.5A；開關(guān)頻率120kHz；L1=54.02μH；n=4.75。Flyboost模塊兩種工作狀態(tài)的電流波形如圖5（a）所示。在兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，由于副邊電壓的反饋?zhàn)饔?，C1的電壓自動(dòng)箝位在Vin(peak)＋Vo·n。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)輸入為AC220V時(shí)，C1的電壓箝位在387V（220×＋16×4.75=387）。

當(dāng)Flyboost模塊處于反激變換器狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)功率的直接變換，所以變換器具有較高的效率，實(shí)驗(yàn)證明，變換器滿載時(shí)效率達(dá)到了82.06％。