一种改进的电压跟随PFCCukAC/DC变换器
一种改进的电压跟随pfccukac/dc变换器
1引言
随着半导体器件的发展，电力电子装置的大量应用，导致大量谐波电流涌入电网，污染电网，这一问题已引起了各国的重视。为了限制总的谐波含量（thd）以提高功率因数，制定了许多标准，如iec1000?3?2。近年来，如何提高功率因数成为了电力电子领域研究的热点，提出了许多有源pfc电路[1]～[3]。有两种功率因数校正方案，其一是采用控制输入电流使其接近正弦，这种方案中电路工作在连续导电模式(ccm),通常要求双闭环控制，由于对输入电流、电压及输出电压取样，这种方案比较复杂，成本高，限制了该方法的使用[4]～[5]。另一种方案是采用电压跟随（voltagefollower）方式[6]，电路通常工作在不连续导电模式(dcm)，开关由输出电压误差信号控制，这种pfc方案仅需要一个电压控制环，这种方案相对简单，引起了研究人员的广泛关注[6]～[8]。 本文通过对工作于dcm的普通cuk变换器功率因数校正能力的分析，给出了提高其功率因数校正能力的方案，同时使器件应力得到降低。在传统的cukdc/dc变换器中，两个电感存在依赖关系，即它们同时进入dcm或ccm，通过在电路中加一二极管，改变了它们之间的依赖关系，使它们可以独立工作于不同的导电模式。因此，在利用电压跟随方法进行功率因数校正时，令输出电感工作于ccm，而输入电感工作于dcm，从而减小了输出电压纹波，提高了变换器的效率。 2工作于dcm的cukac/dc变换器的功 率因数校正能力 传统的cukac/dc变换器如图1所示，当其工作于dcm时，其输入电流波形如图2所示，从图2可以得到，在一个开关周期ts内，输入电流iin的平均 图1传统的cuk变换器 图2输入电流iin的波形 图3改进的vf?pfccukdc/dc变换器 图4变换器的主要波形 值为：=(d＋d21)tsvin/l1（1） 由式（1）可以看出，由于d21的存在，与vin不是线性关系，d21越小，与vin越接近线性关系，从而变换器的功率因数校正能力越强。由电感的伏秒平衡可得： vindts=(vc－vin)d21ts（2） 从而d21=d（3） 从式（3）可以看出，欲减小d21从而提高变换器的功率因数校正能力，可以通过增加vc得以实现。本文提出经改进的cuk变换器，通过一开关电容网把储能电容分成两个大小相等的电容，它们串联充电，并联放电，从而提高了变换器的功率因数校正能力，现分析如下： 在传统的cuk变换器中，假设电容c上的电压为vc，则其储藏的能量为cvc2/2，现由两个大小为c/2的电容c1、c2储藏相同的能量，设电容c1、c2上的电压均为vcs，则：cvc2=c1vcs2＋c2vcs2=cvcs2（4） 从上式可以看出，vcs与vc相等，但电容c1、c2是串联于电路中的，其上的电压之和为2vc，这相当于提高了式（3）中的vc，从而提高了cuk变换器的功率因数校正能力。 3改进的cukdc/dc变换器 在传统的cukdc/dc变换器中，输入与输出电感具有相互依赖关系，即它们同时进入dcm或ccm。为解除这种依赖关系，在传统的cukdc/dc变换器中引入了一二极管vd0,在所提出的cukdc/dc变换器电路中，用一开关电容网代替储能电容c，从而提高了变换器的性能。图3为所提出的cukdc/dc变换器电路，在此基础上，提出了一种新的pfc电路。 在讨论新的pfc电路之前，首先分析图3所示的电路，为简化分析，作如下假设： （1）电路工作进入稳态； （2）所有元器件是理想的； （3）开关频率fs远大于输入电压频率f，在每个 开关周期，输入电压保持恒定； （4）电容c1、c2、c0足够大，其上的电压保持恒定。 图3所示的电路中，电感l1工作在dcm模式，电感l2工作在ccm模式，其主要的波形如图4所示，这时，电路有三种工作状态，分析如下： 模式1（t0≤t
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