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在传统的AC/DC变换器中,为了达到高功率因数和稳定的输出电压两个目的,通常采用两级变换模式,即AC/DC+DC/DC结构。第一级AC/DC即功率因数校正级,对输入电流进行整形,得到单位功率因数。第二级DC/DC将由第一级获得的纹波较大的直流电压变换成稳定而且快速调节的输出电压,并根据输出的需要调节电压幅值。两级变换器的优点是输入电流和输出电压分别调节,可以实现单位输入功率因数和快速调节的输出电压,性能比较好。缺点是结构较复杂导致成本较高;由于功率两次处理,理论上功率损失较大,整机效率较低。
单级PFCAC/DC变换器将PFC级和DC/DC两级合成一级,利用AC/DC变换器工作于不连续电流模式时具有的自动功率因数校正功能,仅仅对输出电压进行调节。由于电路结构简单,成本降低;功率一次处理,效率提高。过高的直流母线电压应力是困扰单级PFCAC/DC变换器的一个严重问题。为了降低器件的电压电流应力,需要对单级PFCAC/DC变换器进行改进。从根本上说,单级变换器中间储能电容电压的升高是输入功率和输出功率不平衡引起的。因此,需要对变换器的功率流向进行优化,从而引出直接功率传递原理。基于直接功率传递原理,变换器大部分功率一次处理传送到输出,只有少部分功率需要储存在中间储能电容。电路结构的优化使得功率流向变得合理,储能电容电压升高的问题也得以解决。在直接功率传递原理的指导下,给出了三个典型的单级PFCAC/DC变换器拓扑。这三个拓扑分别是Flyback-Boost变换器,单级并联功率因数校正(PPFC)变换器和具有直流母线电压反馈的单级变换器。理论分析和试验表明,这些变换器能有效减小中间储能电容的电压,降低开关管的电压应力。
该文选取单级并联双反激AC/DC变换器作进一步的研究。主要内容有三个部分:一是电路的原理分析;二是电路的设计过程;最后是电路的仿真和实验。
首先,文章详细地介绍了单级并联双反激AC/DC变换器的构成和工作原理。分析了电路的设计准则,关键的性能参数以及拓扑的扩展方案。根据电路的工作情况中存在的问题,提出了改进的意见。
然后给出了电路设计的详细过程,包括各电路参数的决定关系,控制和驱动电路的设计,变压器的设计等等。
最后是电路的仿真和实验。介绍了仿真软件SIMetrix/SIMPLIS的功能特点。用这个仿真软件对单级并联双反激电路进行仿真,采样了输入电压,输入电流,反馈环误差放大器的输出电压,两个支路开关管的电流,储能电容电压等关键波形。对储能电容值和电感量比值的变化对电流波形的影响给出了仿真对比结果。仿真结果吻合了理论的分析。为了进一步研究电路的特性,还做了一个实验电路验证了仿真的结果,给出了实验的关键波形,对实验数据进行处理,分析了电流的效率、储能电容电压和谐波含量等等。