[发明专利]一种宽负载升压型功率因数校正变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其是宽负载范围的功率因数校正变换器。

背景技术

在众多电力电子拓扑中，Boost变换器因其拓扑结构简单、变换效率高、控制策略易实现等优点，被广泛用作PFC电路。Boost变换器根据电感电流是否连续可分为连续导通模式(CCM)、临界连续导通模式(CRM)和断续导通模式(DCM)三种。固定负载的Boost功率因数校正(PFC)变换器根据输出功率的大小选择电感电流工作的模式。全工频周期内均工作于断续导通模式的Boost PFC变换器一般适用于小功率场合。当工作在中、大功率场合，变换器一般根据CCM模式设计电路参数，但要满足工作于CCM模式的条件是输出功率须达到一定值。当负载变轻时将导致输入电流的减小，这时电感将无法保持持续工作在CCM模式，工频周期内一段时间工作在DCM模式，一段时间工作在CCM模式，这种工作模式称为混合导通模式(Mixed Conduction Mode，MCM)。负载继续减小时，电感基本工作在DCM模式。通常情况下，当变换器完全工作于DCM模式时电路寄生参数将会导致严重的输入电流畸变，造成系统不稳定。解决办法是选取寄生参数较小的器件或者增加硬件电路、改进控制算法对寄生参数引起的电流振荡进行抑制。

有研究人员提出在变换器的MOS管两端并联RC或RCD缓冲电路，通过电阻消耗能量，以此来抑制振荡电流，减小输入电流畸变。但是采用这种方法会增加电路损耗，降低变换器效率。

发明内容

综上所述，本发明是基于振荡电流对DCM控制算法进行改进，针对传统缓冲电路会增加变换器损耗的缺点，提出了一种用于宽负载范围功率因数校正变换器的振荡抑制方法，设计了一种宽负载升压型功率因数校正变换器，在DCM模式下有高功率因数与高效率。具体技术方案如下：

1.一种宽负载升压型功率因数校正变换器，由主电路1和控制电路2组成，主电路1包括：AC交流源3，整流桥电路4，Boost电路5，负载6；控制电路2包括：占空比补偿模块7，预测电流控制模块8，PWM模块9；各元器件的连接关系：AC交流源3的输出接整流桥4的输入经过整流桥后变成馒头波，作为Boost电路5的输入端，负载6并联在Boost电路5输出电容C_o的两端，控制电路部分7、8、9为DSP内部的控制信号，占空比补偿模块7和预测电流控制模块8的输出作为PWM模块9的输入。

2.主电路1的Boost电路5的拓扑结构包括AC交流源(3kVA调压器)，四个普通硅二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成的不控整流桥电路(GBJ1510)，输入高频滤波电容C_in(CBB电容，630V/474nF)，升压电感L(PQ铁氧体磁芯，560μH)，开关管MOSFET(SPP20N60C3)，续流二极管D(SiC二极管)，输出滤波电容C_o(电解电容，450V/1000μF)，纯电阻负载R_L(负载箱)，AC交流源的一端接不控整流桥的二极管D₁的阳极，另一端接二极管D₂的阳极；二极管D₁的阳极与二极管D₃的阴极相连，二极管D₂的阳极与二极管D₄的阴极相连，二极管D₁、D₂的阴极相连，二极管D₃、D₄的阳极相连；输入高频滤波电容C_in的一端与二极管D₁、D₂的阴极相连接，另一端与二极管D₃、D₄的阳极相连接；与二极管D₁、D₂的阴极连接的C_in端和升压电感的一端相连接，电感的另一端和续流二极管D的阳极以及MOSFET的漏极相连接；MOSFET的源极与二极管D₃、D₄的阳极以及输出滤波电容C_o的负极相连接；续流二极管D的阴极与输出滤波电容C_o的正极相连接；输出滤波电容C_o的负极接地。电阻负载R_L的正极与C_o的正极相连接，R_L的负极与C_o的负极相连接。