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基于Flyboost模块的新型单级功率因数校正变换器
发布时间:2015-04-15 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：提出了一种新型的功率因数校正模块（flyboost模块），它具有两种工作状态（反激变换器状态和Boost电感状态）。基于这种PFC模块，得到了一种新型的单级PFC变换器，实验证明这种变换器不仅可以得到很高的功率因数，而且可以显著提高变换器的效率并自动限制中间储能电容上的电压。
大功率电感关键词：单级功率因数一体电感器校正；Flyboost模块；效率
1引言
近年来，提出了很多单级功率因数校正（PFC）变换器[1－2]。然而，这些变换器存在着不少缺点，如低效率，不适用于大功率应用，储能电容电压变化大等。这些缺点都限制了单级PFC变换器的应用。
一般的单级PFC变换器都是由Boost电感和DC/DC变换器组成，通过控制Boost电感工作在不连续导电模式，可以使得输入电流自动跟随输入电压，从而实现功率因数校正。
然而，无论是两级PFC变换器还是通常的Boost电感型单级PFC变换器，输入功率都是先经过中间储能电容然后再经过DC/DC变换器输出，这样，从输入到输出，功率经过两级变换。
本文提出了直接功率变换的概念，基于这种概念，提出了一种新型的单级功率因数校正AC/DC变换器。实验证明，这种新型的变换器不仅具有很高的功率因数，而且能够显著提高变换器的效率并自动限制中间储能电容上的电压。
(a)典型变换器功率流向(b)带直接功率变换模块的变换器功率流向
图1变换器的功率流向图
2直接功率变换的概念
在如图1（a）所示的典型功率因数校正AC/DC变换器中，包含了两个功率模块，即PFC模块和DC/DC模块。首先，脉动的输入交流功率经过PFC模块输入到储能电容上，然后经过DC/DC变换器，得到稳定的直流输出。如果PFC模块和DC/DC变换器模块的效率分别是η1和η2，那么，AC/DC变换器的总效率η为η=η1·η2（1）
实际上，希望得到稳定的直流输出并不需要经过两次功率变换。我们可以让一部分交流功率只经过一次功率变换就到达直流输出端；而其余部分输入功率则经过两次功率变换。这样，既可以得到高效率，又可以获得稳定的直流输出[3,5]，如图1（b）所示。
如果m表示能量的直接变换部分，那么（1－m）则是间接变换的能量，则
Po=Pinη1m＋Pinη1η2(1－m)（2）
η=η1m＋η1η2(1－m)=η1η2＋mη1(1－η2)（3）
所以，具有直接功率转换的变换器的效率比原来提高了mη1（1－η2）。
3直接功率变换及功率因数校正模块
设工频交流经过全波整流后加在反激变换器上的电压为Vin，输入电流为i1，变压器的变比为功率电感n:1，输出电压为Vo，输出电流为io，Re表示等效输入无损电阻。
在一定占空比下，当反激变换器(flyback)工作在不连续导电模式（DCM）下，输入电流i1为三角波，大电流电感其平均值近似为正弦波。另外，对输入而言，反激变换器可等片状电感器效为一个受占空比D控制的无损电阻[4]，等效电路如图2所示。
31等效输入电阻Re
在一个开关周期Ts内，Vin近似不变，反激变换器原副边电流为i1，io呈三角波。
[0－DTs]期间i1以斜率Vin/n2L线形增大（L为变压器副边的电感值）。
[DTs－（D＋D2）Ts]期间副边电流io以斜率－Vo/L减小，D2Ts为输出整流管导通时间。
显然原边峰值电流ip为
ip=(4)输入平均电流i1(avg)为
i1(avg)=i1dt=··DTs
=ipD==(5)
从而得到Re=(6)
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