軟開關(guān)PFC電路的倍頻感應(yīng)電源的設(shè)計(jì)與仿真

0 引言

　　Boost電路應(yīng)用到功率因數(shù)校正方面已經(jīng)較為成熟，對(duì)于幾百瓦小功率的功率因數(shù)校正，常規(guī)的電路是可以實(shí)現(xiàn)的。但是對(duì)于大功率諸如感應(yīng)加熱電源，還存在很多的實(shí)際問題。為了解決開關(guān)器件由于二極管反向恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流而易損壞的情況，減少開關(guān)器件在高頻下的開關(guān)損耗。

本文采用一種無源無損緩沖電路取代傳統(tǒng)的LC濾波電路。在分析了軟開關(guān)電路的工作原理以及逆變模塊的分時(shí)-移相功率控制策略后，應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行了仿真，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

　　1 電源系統(tǒng)整體拓?fù)?/b>

　　如圖1所示，該主電路拓?fù)渲饕烧?、軟開關(guān)Boost功率因數(shù)校正、逆變、負(fù)載匹配幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。

　　單相整流橋輸出的直流電壓接入無源緩沖軟開關(guān)Boost電路，本文采取Boost電路取代傳統(tǒng)的LC濾波電路。這里Boost電路主要有2個(gè)作用：一是提高整流輸入側(cè)的功率因數(shù);二是為逆變側(cè)提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。Boost校正電路輸出直流電壓加到逆變橋上，逆變橋是由8個(gè)IGBT模塊組成的單相全橋逆變器，每個(gè)IGBT都有一個(gè)反并聯(lián)二極管與其并聯(lián)，作為逆變器電壓反向時(shí)續(xù)流。逆變器中功率器件由控制電路控制脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)而周期性的開關(guān);隔離變壓器T的作用是電氣隔離和負(fù)載的阻抗匹配。一般T為降壓變壓器，適當(dāng)改變變壓器的變比即可降低諧振槽路中電感、電容上的電壓值，并可進(jìn)行不同的負(fù)載阻抗匹配。輸出方波電壓經(jīng)過變壓器的隔離降壓后加到由補(bǔ)償電容器和感應(yīng)線圈及負(fù)載組成的諧振回路上。

　　1.1 軟開關(guān)APFC電路工作原理

　　圖2所示為無源軟開關(guān)Boost電路、串聯(lián)電感及無損SNUBBER電路。與普通的Boost電路相比，增加電感L1限制因VD0的反向恢復(fù)而產(chǎn)生的VT0開啟沖擊電流，C2→VD7作為VD0的SNUBBER電路，VD5→VD6→VD7的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和L1→C1→C2之間的諧振與能量轉(zhuǎn)換也有利于抑制VT0的開啟沖擊電流。

　　主電路在一個(gè)周期內(nèi)的工作情況可以分為6個(gè)階段：

　　(1)模式1[t0，t1]：在t0時(shí)刻，C0通過電阻R放電，VT0在ZCS狀態(tài)下開啟，C1放電，電流流經(jīng)C1→C2→L1回路，由于L1的作用，VT0的開啟電流逐漸平穩(wěn)上升。

　　(2)模式2[t1，t2]：電感L1上的電流逐漸增大，C1放電結(jié)束后，電流經(jīng)過回路L0→L1→VD5→VD6→C2流動(dòng)。

　　(3)模式3[t2，t3]：C2被緩慢充電，直至L1能量全部轉(zhuǎn)移過來。最后流經(jīng)VT0的電流和L0的大小相等，C2充電結(jié)束。

　　(4)模式4[t3，t4]：t4時(shí)刻VT0在ZVS下關(guān)斷，當(dāng)經(jīng)過C2-VD6-C1的電壓和整流輸出電壓Vin相等時(shí)，C2通過VD7放電，L1的電流經(jīng)L0→L1→ VD5→C1給C1充電。