一款基于无桥APFC电路的单周期控制方案与应用
引言
随着电力电子技术的发展,电网中整流器、开关电源等非线性负载不断增加。这些存在冲击性的用电设备,将引起网侧输入电流发生严重畸变,产生大量谐波污染,导致电网功率因数过低,所以提高功率因数势在必行。
早期功率因数校正采用在整流器后加滤波电感电容实现,功率因数一般只有0.6左右;在20世纪90年代,有源功率因数校正(APFC)产生,是在整流器和负载之间接入一个DC/DC 开关变换器,其基本原理是通过控制电路强迫交流输入电流波形跟踪交流输入电压波形,从而实现交流电流波形正弦化,并与交流输入电压波形同步,功率因数可提高到0.99以上。
APFC 电路拓扑
1、传统有桥APFC拓扑
传统BoostAPFC 电路组成由整流桥和PFC 组成,如图1所示。工作时流通路径有三个半导体工作,功率因数低。当变换器功率和开关频率提高时,系统通态损耗明显增加,整体效率低,且控制电路较复杂。
2、基本无桥APFC拓扑
针对传统有桥电路的问题,本文提出了既能提高PF而且通态损耗低的无桥电路,如图2所示。表1为有桥拓扑和无桥拓扑的对比。
从表1看出,当MOSFET导通和关断时,无桥APFC相对于有桥APFC 都节省了一个二极管。经过理论计算后得出,无桥拓扑APFC 在全功率输入时,可提高约1%的效率。而且无桥拓扑更利于电路集成化。但基本无桥Boost APFC 电路存在共模干扰严重、电流采样难的问题。
3、双二极管式无桥APFC拓扑
为了解决基本无桥Boost APFC 电路EMI 严重、电流采样难的问题,对基本无桥Boost APFC 电路加以改进,如图3所示,在基本无桥Boost APFC 电路上增加两个快恢复二极管VD3和VD4。
图3中,电阻Rs 为电感中的电流检测电阻,使电流检测电路减化。虽然Rs 在工作时会产生一定损耗,但只要阻值选择合适,检测电阻的损耗占整个功率损耗的百分比很小。这样交直流侧共地,达到抑制共模干扰的目的。4、双二极管式无桥拓扑工作原理双二极管式无桥电路工作过程如下:
(1)电源电压正半周时,如图4所示,图4中粗黑线所示即为输入电压正半周时电流路径。
模态一:二极管VD1,VD2 反偏截止。控制开关管VT1导通,输入电流从电源正极经L1,VT1,VD4回到电源负极形成电流通路,给电感L1 储能。负载由储能电容C提供能量。
模态二:开关管VT1 关断,电感电流突变时产生的感应电动势使二极管VD1 正偏导通,电流经电感L1,VD1,VD3构成回路。此时电感释放能量,电容C 及负载RL 由电感和电源串联供电。
(2)电源电压负半周工作模态如图5所示,图5中粗黑线所示即为输入电压负半周时电流路径。
模态三:VD1,VD2截止。控制开关管VT2导通,输入电流从电源正极经L2,VT2,VD3回到电源负极形成电流通路,给电感L2 储能。负载由储能电容C 提供能量。
模态四:开关管VT2关断,VD2导通,电流经电感L2,VD2,VD4构成回路。此时电感释放能量,电容C 及负载RL 由电感和电源串联供电。APFC 控制方案
功率因数校正传统的控制方案有三种即峰值电流控制、滞环电流控制、平均电流控制。但传统的控制方案必须以乘法器为核心,使得控制电路复杂。
本文选用无需乘法器的新控制方法-单周期控制。
单周期控制的最大特点是:通过控制开关的占空比,让电路无论处在稳态还是瞬态都能使受控量的平均值恰好等于或正比于给定VREF,从而在一个周期内有效地抑制了电源侧的扰动。单周期控制技术在控制回路中不需要误差综合,具有系统响应快、开关频率恒定、电流畸变小、易于实现等优点,在APFC电路的新型控制技术应用广泛。
IR1150是一种CCM 控制芯片,它采用了IR公司特有的单周期控制技术,为APFC电路提供了一种低成本、设计简单的解决方案。该芯片内部主要由电压误差放大器、电流检测放大器、复位积分器、PWM比较器以及RS 触发器组成,另外还有7 V 参考电压和一些保护电路。核心电路为积分复位器,如图6所示。
其控制环路包括电流内环和电压外环,电流环采用了内嵌式的输入电压信号,通过脉宽调制调节与输入电压相关的占空比,使输入平均电流跟随输入电压且为正弦波,只要电路工作在连续模式,这种跟踪关系就能维持。单周期工作波形如图7所示。
无桥APFC 电路仿真
1、仿真电路
本文采用MATLAB Simulink中的SimPowersystems模块集里的模块搭建无桥有源功率因数校正仿真电路,如图8所示。
仿真参数设计:输入交流电压15 V,50 Hz;输出直如图8所示,虚线框内为双二极管式无桥APFC 主电路。其中:ui是输入交流15 V 电源,VD1~VD4 是快恢复二极管,VT1,VT2 是开关管。L1,L2 为升压电感,Cout是输出电容,RL 是直流负载,R1,R2 ,R3 是输出电压采
APFC电路 相关文章:
- 适合大功率的CCM模式APFC电路设计(12-17)
- 电源设计小贴士 1:为您的电源选择正确的工作频率(12-25)
- 用于电压或电流调节的新调节器架构(07-19)
- 超低静态电流电源管理IC延长便携应用工作时间(04-14)
- 电源设计小贴士 2:驾驭噪声电源(01-01)
- 负载点降压稳压器及其稳定性检查方法(07-19)
- 婵°倕鍊瑰玻鎸庮殽閸モ晙鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儳鈧鎮堕崕鎶藉煝閼测晜鏆滈柛顐g箓閹鏌熺€涙ê濮囬柣鎾规硶閹峰顢橀悢鍛婄暚缂備礁顑呴鍛淬€冨⿰鍛晳闁跨噦鎷�
闂佺ǹ绻堥崝宥夊蓟閻斿憡濯寸€广儱鎷嬮崝鍛槈閺冨倸孝闁汇劎濮甸敍鎰板箣濠婂懐鎳囨繛鎴炴尰濮樸劑鎮¢敍鍕珰闁糕槅鍘剧粈澶愭煙缂佹ê濮囩€规洖鐭傞幆宥夊棘閸喚宀涢悗瑙勬偠閸庢壆绱為弮鍫熷殑闁芥ê顦~鏃堟煥濞戞ǹ瀚板┑顕呬邯楠炲啴濡搁妷锕€娓愰梻渚囧亞閸犳劙宕瑰鑸碘拹濠㈣埖鐡曠粈瀣归崗鍧氱細妞ゎ偄鎳橀幆鍐礋椤愩倖顔忔俊顐ゅ閸ㄥ灚瀵奸幇顔剧煓閻庯綆浜為悷锟�...
- 婵炴垶鎼╅崢鐐殽閸モ晙鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儳鈧鎮堕崕鎶藉煝閼测晜鏆滈柛顐g箓閹鏌熺€涙ê濮囬柣鎾规硶閹峰顢橀悢鍛婄暚缂備礁顑呴鍛淬€冨⿰鍛晳闁跨噦鎷�
缂備緡鍣g粻鏍焵椤掑﹥瀚�30婵犮垼鍩栧畝绋课涢鍌欑剨闁告洦鍨奸弳銉╂煕閳哄喚鏀版い鏂垮閹风娀宕滆閺屻倝鏌ㄥ☉妯侯殭缂佹鎸鹃埀顒傤攰閸╂牕顔忕捄銊﹀珰闁规儳鎳愮粈澶愭煕閺傜儤娅呮い鎺斿枛瀹曘劌螣閻戞ê娓愰梻渚囧亞閸犳洟骞撻鍫濈濡鑳堕鍗炩槈閹垮啩绨婚柟顔奸叄瀵粙鎮℃惔锝嗩啅婵☆偆澧楅崹鍨閹邦喚鐭欓悗锝庝簽閻熷酣鏌i妸銉ヮ伂妞も晪绠戞晥闁跨噦鎷�...
- Agilent ADS 闂佽桨鐒﹂悷銉╊敆閻旂厧鏄ョ痪顓炴媼閸炴煡鎮归崶褍鈷旈柍璇插悑缁鸿棄螖閸曞灚顥�
婵炴垶鎸婚幐鎼侇敊瀹ュ绠抽柛顐秵閸わ箓鏌ㄥ☉妯垮闁告瑥绻樺Λ鍐閿濆骸鏁奸柣鐔哥懐閺嬪儊S闂佸憡鑹剧€氼噣锝為幒妤€绀夐柣鏃囶嚙閸樻挳鏌涘⿰鍐濞村吋鍔楃划娆戔偓锝庝簽鐎瑰鏌i姀鈺冨帨缂侀亶浜跺畷婵嬪煛閸屾矮鎲鹃梺鐑╁亾閸斿秴銆掗崼鏇熷剹妞ゆ挾濮甸悾閬嶆煛閸愩劎鍩f俊顐ユ硶閳ь剚鍐荤紓姘辨閻у挷S...
- HFSS闁诲孩鍐荤紓姘卞姬閸曨垰鏄ョ痪顓炴媼閸炴煡鎮归崶褍鈷旈柍璇插悑缁鸿棄螖閸曞灚顥�
闁荤姍鍐仾缂佽鐒︾粙澶愬箻閹颁礁鏅欓梺鐟版惈閻楁劙顢氶幎鑺ユ櫖閻忕偠妫勫鍧楁⒒閸稑鐏辨い鏂款樀楠炴帡宕峰▎绂⊿闂佹眹鍔岀€氼剚鎱ㄥ☉銏″殑闁芥ê顦扮€氭煡骞栫€涙ɑ鈷掗柡浣靛€濋弫宥囦沪閽樺鐩庨梺鍛婃煛閺呮粓宕戝澶婄闁靛ň鏅滃銊х磼椤栨繂鍚圭紒顔芥そ瀹曠兘寮跺▎鎯уΤ婵炴垶姊绘慨鐢垫暜婢舵劕绠垫い鈥抽敪SS...
- CST閻庣敻鍋婇崰妤冧焊濠靛棭鍟呴柕澶堝€楃粙濠囨倵楠炲灝鈧洟鎮$捄銊﹀妞ゆ挾鍠愬▓宀€绱掔€n亶鍎忔い銊︾矌閹叉鏁撻敓锟�
闂佸搫顦€涒晛危閹存緷铏光偓锝傛櫅閻︽粓鎮规担绛嬪殝缂佽鲸绻堝畷妤呭Ω閳哄倹銆冮柣鐘辩瀵泛顔忕欢缍璗闂佸憡鑹剧€氫即濡村澶婄闁绘棁顕ч崢鎾煕濠婂啳瀚板ù鍏煎姉缁瑧鈧綆浜炵€瑰鏌i姀鈺冨帨缂佽鲸绻堝畷婵嬪煛閸屾矮鎲鹃棅顐㈡祩閸嬪﹪鍩€椤掑倸鏋欓柛銈嗙矌閳ь剚鍐婚梽鍕暜婢舵劕绠垫い鈥愁敍T闁荤姳鐒﹀畷姗€顢橀崨濠冨劅闁哄啫鍊归弳锟�...
- 闁诲繐绻愮€氫即銆傞崼鏇炴槬闁惧繗顕栭弨銊╂煕閳哄喚鏀版い鏂垮閹风娀宕滆閺岋拷
婵炴垶鎸稿ú锝囩箔閳ь剙螖閸屾惮鎴﹀Χ婵傚摜宓侀柛鎰级閸曢箖鎮硅閸ゆ牜妲愬┑鍥ㄤ氦婵炲棗娴烽弰鍌炴偣閸パ冣挃闁宠鍚嬬粙澶嬫姜閹殿喚鈽夐梺闈╄礋閸斿矂鎯冮悩绛圭矗闁瑰鍋涜灇闂佸搫鐗滈崹鍫曘€傞锕€鏄ラ柣鏃€鐏氭禍锝夋倶閻愬瓨绀冮悗姘辨暬閹虫ê顫濋崜褏顦梺鐟扮仛閹搁绮崨鏉戦敜婵﹩鍓涢弶浠嬫煟閵娿儱顏х紒妤佹尰缁嬪顫濋鍌氭暏缂佺虎鍘搁崑锟�...
- 閻庣敻鍋婇崰妤冧焊濠靛牅鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儲绻涢弶鎴剶闁革絾妞介獮娆忣吋閸曨厾鈻曢梺绯曟櫇椤㈠﹪顢欓崟顓熷珰闁告挆鈧弻銈夋煕濮橆剛澧︽繛澶涙嫹
闁荤姵鍔﹂崢娲箯闁秴瑙﹂柛顐犲劜閼茬娀鏌¢崶銊︾稇闁汇倕瀚伴獮鍡涙偑閸涱垳顦紓鍌氬暞閸ㄧ敻宕规惔銊ノュ〒姘e亾妞わ絽澧庨幏顐﹀矗濡搫纾块梺闈涙閼冲爼濡靛顑芥灃闁靛繒濮甸悵銈夋煏閸℃洘顦峰ǎ鍥э躬瀹曪綁鏌ㄧ€n剛鍩嶉梺鎸庣☉閺堫剟宕瑰⿰鍛暫濞达絽婀辨竟澶愭煛瀹ュ妫戠紒銊ユ健閺屽懘鏁撻敓锟�...