一種基于新型無(wú)橋Boost PFC的通信電源AC-DC變換器

1、 - 128 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 電感電流采樣電路 V+ D2 D1 D8 2 1 C6 22uF AC V+ Bridge AC V4 3 C7 2.2uF 1 U1 Vin P-GND VA-OUT VFE ED VRMS VCC 圖 15 和圖 16 是 PFC 負(fù)載變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 為便于觀察，將輸入電流放大了 10 倍。仿真表明， 負(fù)載變化時(shí)，交流輸入電流仍能迅速跟蹤交流輸入 電壓，同時(shí)輸出電壓也能保持穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載電阻變 為 480 時(shí)，電流的幅值為 3.85 A，總諧波畸變?yōu)?4.07%，功率因數(shù)校正到 0.999 17；而負(fù)載電阻變?yōu)?160 時(shí)，基波電流的幅值變?yōu)?10.

2、27 A，總諧波畸 變?yōu)?3.85%，功率因數(shù)校正到 0.999 26。并且從輸 入電流的 FFT 分析可知，三次諧波分量略有增加， 控制效果良好。 供電電源電路 LM7815 Vout 3 GND 2 V15 V- C8 1uF T1 Cr1 Lr1 D3 R1 R2 JP1 2 1 Q1 IGBT-N D4 D5 C1 R3 Ro1 Uf R4 ovp JP2 1 2 Q2 IGBT-P R7 D6 R5 R6 電 壓 包 絡(luò) 采 集 電 路 R8 R10 R9 R11 Iac C4 C5 R13 IAC C3 C2 Iac Vr Uf V15 R12 13 14 平均電流控制電路 19

3、Vr 7 4 1 D7 OVP GDRV LFF 3 20 6 11 ovp R14 16 FREQ-MOD MULT-OUT CA-OUT 電壓前饋電路 15 P-UVLO *1L4981 ISENSE S-GND COSC ROSC 17 R19 VREF SS 12 2 IPK 8 5 9 18 R15 R16 C9 R17 R18 C10 C11 C12 V+ V- 圖 17 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)硬件電路圖 Fig. 17 Hardware circuit diagram of prototype 圖 18 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)模型 Fig. 18 Model of experimental prototyp

4、e 圖 16 負(fù)載增大時(shí)的 PFC 仿真波形 Fig. 16 PFC simulation waveforms when load decreases (load resistance R=160 4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析 從圖 19 可知，在加入 PFC 前電流波形呈尖脈 沖， 存在明顯的畸變， 如圖19(a； 而在加入 PFC 后， 電流波形接近正弦波， 如圖 19(b， 功率因數(shù)大大改 善。 在仿真的基礎(chǔ)上，以平均電流控制方式芯片 L4981 設(shè)計(jì)了一臺(tái) 500 W 的用于通信電源前級(jí)電路 的新型無(wú)橋 Boost PFC 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，其硬件電路圖如 圖 17 所示。輸入電壓 220 V，工頻 5

5、0 Hz，輸出電 壓為直流 400 V， 負(fù)載電阻 320 ， 控制電路和開關(guān) 頻率設(shè)為 100 kHz，其他參數(shù)與仿真模型相同。其 樣機(jī)如圖 18 所示。 得到加入 Boost PFC 前后的電路 的輸入波形如圖 19 所示。 輸入電流和電壓波形如圖 20 所示，輸出電壓波形如圖 21 所示。 (a 加入無(wú)橋 Boost PFC 前的輸入電流波形 R20 10 陳 勇，等 一種基于新型無(wú)橋 Boost PFC 的通信電源 AC/DC 變換器設(shè)計(jì) - 129 - 5 結(jié)論 (b 加入無(wú)橋 Boost PFC 后的輸入電流波形 圖 19 加入無(wú)橋 Boost PFC 前后的輸入電流波形 Fig.

6、 19 Input current waveform before and after adding the bridgeless Boost PFC 本文設(shè)計(jì)了一種基于新型無(wú)橋 Boost PFC 的通 信電源 AC/DC 變換器，詳細(xì)分析了其工作原理。 在對(duì)平均電流算法進(jìn)行了理論分析后，并對(duì)其進(jìn)行 建模和仿真研究。在仿真的基礎(chǔ)上，采用平均電流 控制方式芯片 L4981 設(shè)計(jì)了一臺(tái) 500 W 的實(shí)驗(yàn)樣 機(jī)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該變 換器具有高輸入功率因數(shù)，低輸入電流諧波和低輸 出電壓紋波，從而驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性和可行 性。 參考文獻(xiàn) 1 陳福, 王武, 蔡逢煌. 基于雙

7、 Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 PFC 策 略研究J. 通信電源技術(shù), 2011, 28(3: 18-24. CHEN Fu, WANG Wu, CAI Feng-huang. Research on the control strategy of PFC based on topology of double-boostJ. Telecom Power Technolog, 2011, 28(3: 18-24. 2 YANG Xi-jun, WANG Han, et al. Theoretic analysis and experimental study of a novel bridgeles

8、s partial active PFCC / International Conference on Electrical Machines and Systems, 2008. ICEMS 2008: 1179-1184. 3 張振華, 江道灼. 基于 MMC 拓?fù)涞?UPFC 控制策略仿 真研究J. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(3: 73-74. ZHANG Zhen-hua, JIANG Dao-zhuo. Control strategy 圖 20 中，輸出電壓為衰減 10 倍后波形，由圖 可知輸入電流能夠很好地跟蹤輸入電壓，輸入電流 圖 20 諧波較少，PF 值高，達(dá)到

9、 0.99。 圖 20 輸入電壓電流波形(幅值大的是電壓波形 Fig. 20 Waveforms of input voltage and current (voltage waveform has big amplitude simulation of UPFC based on modular multilevel convertersJ. Power System Protection and Control, 2012, 40(3: 73-74. 4 杜志勇, 王鮮芳, 馮星輝. 一種新型的單級(jí)功率因數(shù) 校正 AC/DC 變換器的設(shè)計(jì)J. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010, 38(15:

10、 110-113. DU Zhi-yong, WANG Xian-fang, FENG Xing-hui. Design of a novel AC/DC converters with single-stage power factor correctionJ. Power System Protection and Control, 2010, 38(15: 110-113. 5 陶玉波, 田虎, 楊承志, 等. 無(wú)橋拓?fù)溆性?PFC 的理論 和仿真研究 J. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 , 2011, 39(13: 83-90. TAO Yu-bo, TIAN Hu, YANG Cheng-zhi, et al. Theoretic and simulation study of bridgeless topology active