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临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制

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admin 发表于 2024-12-14 03:14 | 查看全部 阅读模式

文档名:临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制
摘要:工作于临界电流模式下的图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路因其无整流桥损耗、电感体积小、易于实现软开关而得到广泛关注.然而,在输入电压过零点处,工频管之间的换相时刻,电感会与工频管的结电容产生谐振,相应地,电感电流和直流母线电压因此会存在高频振荡.电感电流振荡会加剧输入电流畸变程度,而母线电压上的高频尖峰由于振荡频率高,后级DC-DC变换器难以抑制而传递至负载,导致敏感负载无法正常工作.该文分析线性开关在主动栅极电路中抑制振荡的工作原理,基于线性开关的特性提出三电平驱动方式来抑制图腾柱无桥PFC换相谐振,降低输入电流总谐波畸变率(THD)的同时实现对直流母线的高频尖峰的抑制,在2kW满载工况下,将输入电流THD降低1%,母线电压尖峰高频分量峰值由2.83V减小至0.01V以下.实验结果表明,该文所提出的三电平驱动方式可以有效抑制临界电流模式图腾柱无桥PFC的换相谐振.

Abstract:Totem-polebridgelesspowerfactorcorrection(PFC)circuitoperatingincriticalconductionmode(CRM)hasalowon-stateloss,easyimplementationofsoftswitching,andhighpowerdensity.However,atthecommutationtimebetweenthepowerfrequencyswitches,theinductanceinthecircuitcanresonatewiththebuscapacitanceandtheoutputjunctioncapacitanceoftheswitches.Asaresult,alargeoscillationpeakexistswhentheinputcurrentcommutatesandthesecondaryrippleofthebusvoltagecrossesthezeropoint.Theoscillationofinductancecurrentcausesanincreaseininputcurrenttotalharmonicsdistortion(THD).Meanwhile,theoscillationspikesuperimposedonthebusvoltage'ssecondaryrippleincludeshigh-frequencycomponentsdirectlyappliedtotheloadthroughthesubsequentDC-DCconverter,causingthesensitiveloadtoworkimproperly.Therefore,itisnecessarytosuppressthecommutationresonanceeffectively.Throughtheanalysisofthetotem-polecircuit,thegreatertheimpedanceofthepowerfrequencyswitchatitsopeningmoment,thebetterthesuppressioneffectoftheoscillation.Thispaperproposesathree-levelhybriddrivingstrategyforpowerfrequencyswitches.Basedonthecharacteristicsofthelinearswitch,theadverseeffectsofhighdv/dtanddi/dtinthecircuitcanbeovercomebychangingtheworkingmodeoftraditionaldrivingcircuits,increasingthedampingofswitchinginstantsandoptimizingswitchingtrajectories.ThisstrategyistoextendthetimeoftheMOSFEToperatinginalinearregionthroughalowerintermediatelevelVintatthemomentwhenthepowerfrequencyswitchisturnedon.Whenthevoltageofanotherpowerfrequencyswitchrisestothebusvoltageandthecircuitreachesstability,thedrivingsignalrevertstothenormalhighlevel.TheswitchingoftheintermediatelevelisachievedthroughtheauxiliarytubeQ1.Theinputvoltageisclosetothezero-crossingpointduringcommutation,andtheinputcurrentoscillationissuppressedbytheproposedcontrolstrategy.Therefore,thereliabilityofthesystemcanbeguaranteed,andtheimpactofthethree-levelhybriddrivestrategyonefficiencycanbeignored.Toverifytheproposeddrivingstrategy,a2kWinterleavedparallelCRMtotem-polebridgelessPFCprototypeisbuilt,andboththehigh-frequencyswitchesandthepowerfrequencyswitchesusetheC3M0065090DSiCMOSFETofCREE.Anintermediatelevelof3.3VwasselectedaccordingtosimulationsandconductionresistancecomparisonsoftheMOSFETunderdifferentdrivingvoltages.Theresultsshowthatthethree-levelhybriddrivestrategycansuppresspowerfrequencycommutationresonance.Underthe2kWfullloadcondition,theinputcurrentTHDisreducedby1%,andthepeakvalueofthehigh-frequencycomponentofthebusvoltagespikeisreducedfrom2.83Vtobelow0.01V.Comparedwiththetraditionalmethod,abetteroscillationsuppressioneffectcanbeachievedwithalmostcompletedisappearanceofinductancecurrentoscillationandbusvoltagespike.Theprototype'sefficiencyunderthefullloadconditionis98.81%,anddifferentintermediatelevelsandtheiractiontimecanbeselectedfordifferentapplicationscenarios,whichhashighercontrolaccuracythanthetraditionalmethod.

作者:黄帆   任小永   陈乾宏   李梦睿   王生东 Author:HuangFan   RenXiaoyong   ChenQianhong   LiMengrui   WangShengdong
作者单位:南京航空航天大学自动化学院南京211106洛阳隆盛科技有限责任公司洛阳471000中国电子科技集团第五十五研究所南京210096
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(12)
分类号:TM461
关键词:图腾柱无桥功率因数校正(PFC)  换相谐振  线性开关  三电平驱动  母线电压尖峰抑制  
Keywords:Totem-polebridgelesspowerfactorcorrection(PFC)  commutationresonance  linearswitch  three-leveldrive  DCbusvoltagespikesuppression  
机标分类号:TM464TM315TM712
在线出版日期:2024年7月19日
基金项目:国家自然科学基金临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(12)黄帆  任小永  陈乾宏  李梦睿  王生东工作于临界电流模式下的图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路因其无整流桥损耗、电感体积小、易于实现软开关而得到广泛关注.然而,在输入电压过零点处,工频管之间的换相时刻,电感会与工频管的结电容产生谐振,相应地,电感电流...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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2024-12-14 03:14 上传
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