一種用于APFC的改進(jìn)型ZVT－BOOST電路

摘要：介紹一種改進(jìn)型ZVT－BOOST電路，輔助管增加了無損吸收電路，進(jìn)一步提高了軟開關(guān)

電路的效率。文中分析了電路的工作原理，給出了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及主要參數(shù)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：軟開關(guān)電路無損吸收效率

An Advanced ZVT－ BOOST Circuit for APFC

Abstract: The paper introduces an advanced ZVT－ BOOST circuit. In order to enhance the efficiency, an lossless snubber circuit is given for auxilliary switching. The analysis of the circuit theory, PSPICE simulation and experimental result are also given.

Keywords:Soft－ switching circuit Lossless snubber Efficiency

1引言

　　有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各種電源裝置網(wǎng)側(cè)電流正弦化，把非線性負(fù)載變換成為一個(gè)等效純電阻，使功率因數(shù)接近1，極大地減少了電流的高次諧波，消除了無功損耗，減小了電磁干擾（EMI）。目前已進(jìn)入商業(yè)實(shí)用階段。由于是在電網(wǎng)和電源裝置之間串聯(lián)插入的功率校正裝置，因此功率因數(shù)校正裝置的可靠性和電效率顯得尤為重要。能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)校正的電路有多種，在功率較大的場(chǎng)合，BOOST電路具有許多優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但是，單相BOOST型PFC硬開關(guān)變換器工作于電流連續(xù)模式（CCM）時(shí)，由于BOOST二極管的反向恢復(fù)，功率開關(guān)器件將產(chǎn)生很大的開通損耗（這部分損耗將占PFC電路總損耗的30％）[2]。同時(shí)產(chǎn)生很大的干擾。這不僅降低了功率，更為嚴(yán)重的是，由于損耗引起溫升，降低了可靠性。所以在大功率時(shí)，硬開關(guān)BOOST電路存在嚴(yán)重的缺陷[1]。零電壓過渡（ZVT）技術(shù)應(yīng)用于BOOST電路很好地解決了二極管反向恢復(fù)問題。但是其輔助管工作于硬關(guān)斷狀態(tài)，將產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗。

2改進(jìn)型ZVT－BOOST電路的原理

　　為了減少ZVT－BOOST電路輔助管的關(guān)斷損耗，在輔助管上加入無損吸收電路，實(shí)現(xiàn)輔助管的軟關(guān)斷。電路如圖1所示，圖中C1、VD1就是關(guān)斷時(shí)的無損耗吸收電路。

　　電路的工作有八個(gè)階段組成，如圖2所示。

　　Mode1,t0－t1階段：t0時(shí)刻輔管Sr受控開通，流過BOOST二極管VD的電流iD開始向輔管Sr、輔助電感Lr換流。LrdiLr/dt=U0，直至iLr=iL,iD=0。

　　Mode2,t1－t2階段：BOOST二極管VD電流過零關(guān)斷，諧振電容Cr(包括主管S的內(nèi)部電容)和輔助電感Lr諧振，iLr繼續(xù)上升，Ucr下降。

　　當(dāng)Uin>Ucr時(shí)，BOOST電感L中的電流iL開始上升。

　　Mode3,t2－t3階段：Ucr下降為零，主管S的內(nèi)部反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，主管S的端壓被鉗位于－0.7V。

　　Mode4,t3－t4階段：在零端壓下主管S受控開通，iL流入S：LdiL/dt=Uin，同時(shí)輔管Sr受控關(guān)斷，iLr向吸收電容C1以及輔管Sr內(nèi)部電容Cds諧振充電：LrdiLr/dt=Ucl=UCds,(C1＋Cds)dUcl/dt=iLr。

　　由于增加了吸收電容C1，所以輔管Sr關(guān)斷時(shí)電壓上升的速度變慢，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷緩沖。

　　Mode5，t4－t5階段：當(dāng)Ucl=Ucds=UO時(shí)，VD2導(dǎo)通，Ucl、Ucds被箝位于UO，Lr通過已開通的主管S向負(fù)載釋放能量，直至iLr=0。

　　Mode6,t5－t6階段：iLr下降為零，VD1、VD2、VD3因電流過零關(guān)斷，iL通過導(dǎo)通的主管S繼續(xù)上升。

　　Mode7,t6－t7階段：主管S受控關(guān)斷，iL向Cr充電，Ucr上升；由于Ucl＋Ucr=UO,Ucr上升使Ucl下降（也就是iL向C1反向充電，VD2導(dǎo)通）。直至Ucr=UO,Ucl=0,使輔管Sr的緩沖電容C1電壓無損回零，實(shí)現(xiàn)

圖1改進(jìn)型ZVT－BOOST電路

（a）Mode1 (b)Mode2

（c）Mode3 (d)Mode4

（e）Mode5 (f)Mode6

（g）Mode7 (h)Mode8

圖2電路工作的八個(gè)階段