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会员 宽变频高效率、高功率密度数字控制无桥PFC研究与设计
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  • 2023/01/01
摘要
平均电流控制型传统有桥Boost PFC变换器具有输入电流连续、电路简单可靠、成本低、控制方式对噪声不敏感等优点,故在传统工频(47~63 Hz)输入场合得到广泛运用。当此类变换器工作在中频(360~800 Hz)条件时,会存在两个问题:1) 流经其整流桥后的直流滤波电容电流会增大,而滤波电容的电流超前输入电压90°,进而导致输入电流中的超前分量大大增加;2) 电流环带宽偏窄,导致输入电流相位超前,并且超前现象随输入线频率的提高愈发严重,这直接限制了其在航空、航天等中频输入领域的应用。Dual-boost无桥PFC变换器省去了整流桥结构及输出侧并联的直流滤波电容,稳定工作后,较传统有桥Boost PFC变换器,无整流二极管对输入电流的钳位影响,因而对改善中频输入电流畸变具有积极作用。此外,采用无桥结构容易实现更高的效率。本文从效率、驱动、成本、共模噪声等角度对几种常用的无桥Boost PFC变换器进行了综合考量,确立了Dual-boost无桥PFC变换器在中频应用场景下的独特优势。同时,基于该拓扑,搭建了电压、电流控制环路的数学模型,采用了环路增益高、中频特性优良的数字电流环双零点补偿方案。最后,在实验室搭建了一款200 W的宽频率输入(360~800 Hz)无桥PFC原理样机,实测最高效率达97.5%,功率密度4.4 W/cm³,证明了理论分析的正确性和先进性。
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