一种新型单级PFC拓扑及控制方式研究

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一种新颖的Buck_PFC变换器研究

图) 仿真及实验电路
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浅析几种常见的PFC拓扑

浅析几种常见的PFC拓扑【摘要】AC/DC变换是电力电子技术在工业生产应用中较重要的一个方面。

如何解决AC/DC变换中产生的谐波，以及较低的功率因数已经成为电力电子技术领域中的一个主要研究方向。

本文首先从传统的AC/DC变换器拓扑分析入手，引出了功率因数基本定义、低功率因数的危害。

在这之后，本文给出并简单的分析了现在常用的一些功率因数校正电路。

【关键词】功率因数校正；AC/DC变换器；高频隔离；PFC技术；电力谐波随着电能——这一人类文明有史以来应用领域最广泛，影响人类社会工业发展最重大的能源的发现，给我们带来了极大的便利与力量，但随之而来的也有大量的问题。

电能转换装置在电网中产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网便是这诸多问题中较棘手的一个。

在这些装置中，各种AC-DC整流装置所占的比重最大。

目前广泛应用的整流电路主要有二极管不控整流电路、晶闸管相控整流电路和由全控型器件构成的全控整流电路。

而具体的转换主要由开关电源、不可控整流器或者晶闸管整流器来完成。

其中，从380V交流电网经整流供给直流是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案[1]。

在含有AC/DC变换器的电力电子装置中，DC/DC变换器或DC/AC变换器的供电电源一般是由交流市电经整流和大电容滤波后得到较为平直的直流电压，如图1.1所示。

二极管不控整流电路结构如图1.1所示。

二极管整流电路的优点：（1）结构简单，不需要控制电路；（2）可靠性高；（3）成本低。

二极管整流电路的缺点：（1）直流输出电压不可控，交流侧输入电流一般不连续；（2）交流侧输入电流非正弦，含有大量低次谐波；（3）能量只能从交流侧传递给直流侧，直流侧能量不能回馈电网；（4）虽然位移因数接近1，但由于输入电流中谐波分量很大，所以功率因数很低，一般只能达到0.65左右；（5）引起电网电压畸变，污染电网。

图1.2所示为三相晶闸管整流电路。

它可以在交流电压不变的情况下，通过改变触发角的大小来改变直流输出电压的大小，即可控整流。

单极pfc反激拓扑原理

单极pfc反激拓扑原理单极PFC反激拓扑原理是一种有效地实现功率因数校正的电路拓扑结构，可用于交流电源中的直流输出电路。

这种拓扑结构利用开关管连接以及变压器缩小输入电压的效应，从而达到较高的功率效率和功率因数。

以下是单极PFC反激拓扑原理的步骤阐述：1.整体概述单极PFC反激拓扑原理采用一个开关管、电容和电感元件组成。

它的基本原理是通过改变输入电流和输出电压之间的相位，使得负载电导产生一个与输入电压同频但相位差为零或接近于零的电流，从而实现功率因数校正。

该拓扑结构可以在宽范围的输入电压和负载条件下实现高功率效率和高功率因数。

2.电路原理单极PFC反激拓扑原理的电路结构包含一个单极开关器、一个L-C滤波器、一个直流电容和一个负载电阻。

当开关管关断时，电容器C通过电感器L向负载提供能量。

当开关管开通时，负载电流通过L-C滤波器流回电容器C和电源，从而实现功率因数校正的目的。

3.电路特点单极PFC反激拓扑原理具有以下优点：（1）具有相对简单的电路结构。

（2）功率效率高，可达80%以上。

（3）功率因数可以达到接近1，满足国际标准，提高系统效率。

（4）适用于大约100瓦到500瓦功率的方案。

（5）具有输出电压稳定的特点，可以满足LED照明、家用电器等方面的应用需求。

总之，单极PFC反激拓扑原理是一种有效地实现交流电源输入电路直流输出的电路拓扑结构。

它采用L-C滤波器、直流电容和负载电阻组成，具有功率效率高、功率因数接近于1和输出电压稳定的特点。

因此，该电路结构可以被应用于LED照明、家用电器等各个领域的电源设计中。

多种PFC电路拓扑结构的研究

多种PFC电路拓扑结构的研究PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）电路是一种能够改善电气设备输入功率因数的电子电路，可以在电网中降低谐波污染，提高电能利用率。

PFC电路有很多种拓扑结构，本文将介绍几种常见的PFC电路拓扑结构的研究。

一、传统的整流器拓扑结构：在传统的整流器拓扑结构中，整流器直接将输入交流电流转换为直流电流。

然而，在这种结构下，由于电容储存器的电流是不连续的，产生了很大的谐波电流，并且功率因数较低。

为了解决这个问题，可以采用Boost型变流器进行变流，以提高功率因数。

二、Cuk型PFC拓扑结构：Cuk型PFC拓扑结构是一种非绝缘型的拓扑结构，主要由一个电感、一个电容、两个开关器件和一个输出滤波电感组成。

Cuk型PFC拓扑结构具有较高的功率因数和较低的谐波含量，适用于低功率的应用场景。

但是，由于电容元件的限制，其输出电压范围有限。

三、Bridgeless Cuk型PFC拓扑结构：为了进一步改善功率因数和谐波含量，研究者提出了Bridgeless Cuk型PFC拓扑结构。

该结构通过去除传统Cuk型PFC拓扑结构的桥式整流器，使用两个并联的电容元件和两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）来实现整流和功率因数校正。

该结构能够实现零电流开关切换，减小了开关损失，并且具有较高的功率因数和低谐波含量。

四、LLC型PFC拓扑结构：LLC型PFC拓扑结构是一种高效的拓扑结构，主要由一个大电感、一个小电感、两个电容和两个开关器件组成。

LLC型PFC拓扑结构具有零电压开关切换、高转换效率和低谐波含量等优点，适用于大功率的应用场景。

然而，由于其较复杂的结构，需要更高的成本和控制算法。

总结来说，PFC电路具有多种拓扑结构，每种拓扑结构都具有不同的优缺点和适用范围。

研究者们在实践中不断探索和改进PFC电路，以提高电能利用率和减少谐波污染，为电力系统的可持续发展做出贡献。

单周期控制三电平PFC的研究

I
单周期控制三电平 PFC 的研究
ABSTRACT
Power factor correction (PFC) technology is being widely used in on-line UPS systems nowadays. The input power factor of the UPS is of importantance, which reflect the utilization efficiency of AC power and the harmonics. Therefore, high power factor is being considered more and more important. In this paper, a one-cycle controlled (OCC) three-level Boost PFC converter used for the front end of the half-bridge inverter UPS systems is discussed. This three-level PFC topology is simple to realize, and has small THD, low switching loss and high efficiency. The one-cycle control technique is a novel pulsed nonlinear control technique, which achieves controlling of the average value of the variables to meet the control goal in one switching cycle, and provides fast dynamic response and good input-perturbation rejection. The key compenents of OCC circuit are an integrator and a comparator. Analog integrator is used for its high speed at present. At first, the basic working principle of the three-level PFC is studied, and the small signal model of the circuit is researched. The feasibility of the system is analyzed after discussing the principle of one-cycle controlled PFC converter. A prototype based on analog IC IR1150S which uses OCC technique is built and the technique of designing the converter is offered. Experimental results show that this system is simple, reliable, and it has low THD, high PF and can realize stable and balanced postive/negative DC bus voltage. With the development of digital technique, more and more control algorithms can be implemented by the digital signal processor (DSP). Principle of digital control to realize OCC is discussed in this paper. At last, a prototype based on TMS320LF2407 is built, and the hardware design and the software design are present, furthermore, the main program flow chart is given. The control technique of half-bridge UPS system based on DSP is also studied. Key Words：UPS, Power Factor Correction, Three-level, One-Cycle Control, Digital Control

单周期控制PFC电路研究及芯片应用介绍

然而，传统功率因数矫正电路技术复杂、设计步骤繁琐、所需元件多、体积大而且成本高，例如使用经典的 UC3854 芯片开发的 PFC 电路。因此设计时其往往要在性能和成本之间进行折衷。近年来单级 PFC 的研究集中于如何简化传统的 PFC 控制电路结构，避免对输入电压采样和使用复杂的模拟乘法器。文献[1]中提出的单周期控制（One-Cycle Control，OCC）的 PFC 电路很好的解决了这个问题。目前已有两种基于单周期控制的 PFC 芯片，它们不
+
Vref
Vm
图 1 基于 Boost 拓扑的“后沿调制”型单周期控制 PFC
电路
图 1 中输出电压Vo 通过电阻 Ra 和 Rb 分压后接
入误差放大器 OP1 反向输入端,通过 PI 调节得到控
制电压Vm 。Vm 一路与电感电流检测信号 ig (t)Rs 运
算得到V1(t) ，另一路经过带有复位开关的积分器
图 3 与图 4 分别给出了基于 Boost 拓扑的“前沿调制”模式单周期控制 PFC 电路和关键波形，其工作模式与“后沿调制”模式本质相同，故不再累述其工作过程。下面对两种工作模式的特点和区别做出说明。
Vo
Q
∫ V 2(t) = 1 T
dT 0
Vm
dτ
Q
V1(t) = ige (t)Rs
ige (t)Rs
2.1 “前沿调制”型单周期芯片—ICE1PCS01
ICE1PCS01是一种平均电流模式控制的PFC芯片。它采用8脚封装，比传统的基于乘法器的平均电流模式芯片要简单很多，而且无需输入电压的采样。以下为ICE1PCS01的一些主要特性[4]: z 85V～265V宽线电压输入范围 z 平均电流模式控制，降低电感电流纹波及EMI z 通过调节外置频率设定电阻，工作频率可以在

含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器研究

含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器研究随着电子设备的普及和使用量的增加，对电力质量要求也越来越高。

电力因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）技术在电力领域中扮演着重要的角色。

传统的PFC变换器主要采用电解电容作为能量存储元件，但电解电容容易老化，故障率高，且对环境不友好。

为了解决这个问题，研究人员提出了一种新型的无电解电容单级PFC变换器，该变换器采用可控整流电路。

该研究旨在探索这种新型变换器在电力因数校正中的应用。

首先，研究人员详细介绍了无电解电容单级PFC变换器的工作原理。

该变换器由整流器、谐振电路和输出电路组成。

其中，整流器采用可控整流电路，能够实现对输入电压的整流和调节，从而实现对输出电流的调控。

谐振电路能够提供高效的功率转换，并减小电流谐振的影响。

输出电路则用于将变换器的输出电压稳定在所需的值上。

接着，研究人员详细介绍了可控整流电路的工作原理和控制策略。

可控整流电路通过控制开关管的导通和关断时间，实现对输入电压的整流和调节。

为了实现高效的功率转换，研究人员通过优化开关管的控制策略，使得开关管能够在合适的时机导通和关断，从而减小功率损耗。

最后，研究人员设计了一套实验系统，并进行了实验验证。

实验结果表明，该无电解电容单级PFC变换器在电力因数校正中具有较好的性能。

与传统的电解电容PFC变换器相比，该变换器具有更高的可靠性和稳定性，同时对环境也更加友好。

综上所述，含可控整流电路的无电解电容单级PFC变换器是一种具有潜力的电力因数校正解决方案。

它不仅能够提高电力质量，减少电能损耗，还能够降低电解电容的使用量，从而对环境产生更小的影响。

随着技术的不断进步和发展，相信这种新型变换器将得到更广泛的应用。

单相有源PFC新型控制策略的研究

ｗａｕｉａｌｏｎｎｐｔｖｌａｅｗａｅｏｍ．Ｔｈｒｆｒｗｅａｔｒｃｒｅｔｏａｍｐｒａｔｖｕｎｔｐｉａｉｎｓｓｔｂｅｆｒａｙｉｕｏｔｇｖｆｒｅｅｏｅｐｏｒｆｃｏｏｒｄｉｉｎｌａｏｔｇｕｐｌｎｉｔｂｕｅｏｒｓｐｐｙ，ｕｈａｅｃｌｒＡＣｓｕｕｏｄａｏｒｓｕｃｎｆｔａｔｏａｃｖｌａｅｓｐｙａｄｄｓｒｔｄｐｗｅｕｌｓｃｓｖｈｉｕａｉｓｉｌｐｗｅｏｒｅａｄＡＣｉ
ｎｓｄＦＣ，ＡＣｓａｅｗａｅＰＦａｄＤＣＣｒｒｐｏｅｕｏｉａＰｌｑｕｒｖＣｎＰＦｗｅｅｐｏｓｄ．
Ｋｅｏｄ：ｃｖＦｙｗｒｓａｔｅＰＣ；ｉｐｔｏｔｇｏ－ｅｅｔｎｏｅ－ｄｕｔｇｒｎｅｉｎｕ－ｌｅｎｎｄｔｉ；ｐｗｒｊｓｉａｇ；ＤＣＰＣ；ＡｑａｅｖａｃｏａｎＦＣｓｕｒ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｃｏｄｎｈａｉｐｉｃｐｅａｄｐｙｉａｓｇｉｃｎｅｏｏｒｆｃｏｏｒｃｉｎ，ａｎｗｄｒｃｃｒｉｇｔｔｅｂｓｃｒｎｉｌｎｈｓｃｌｉｎｆａｃｆｐｗｅａｔｒｃｒｅｔｏｉｏｅｉｔｅ
ｓｕｒｗｖｏｅｓｕｃ．Ｔｅｃｉｅｒｌｍｃｎｅｉｔ，ｈｏｃｐｉｓｆｏｅ—ｄｕｔｇｒｎｅＡｉｑａａｅｐｗｒｏｒｅｏｓｒｅｔｏｅｏｖｎｅｌｔｅｃｎｅｔｎｗｒｊｓｎｇ，Ｃｓｅｄｂｈｐｂｎｙｏｏｐａｉａ —

单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究

单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究引言随着LED技术的快速发展和广泛应用，LED驱动电源的设计和研究日益受到关注。

为了提高LED驱动电源的能效和稳定性，越来越多的研究人员开始关注单级PFC反激式LED驱动电源的设计和研究。

本文将介绍单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理、设计要点和性能优化。

一、单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理1.1 单级PFC反激式LED驱动电源的概念单级PFC反激式LED驱动电源是指将交流电源转换为恒流输出的直流电源的装置。

它采用单级功率因数校正（PFC）和反激式拓扑结构，能够实现高功率因数、低谐波失真和高效率的特点。

1.2 单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理是通过整流桥、电容滤波器、PFC控制电路和反激转换器实现交流电源到恒流直流输出的转换。

其中，PFC控制电路用来实现功率因数校正，反激转换器用来实现直流电压转换和恒流输出。

二、单级PFC反激式LED驱动电源的设计要点2.1 功率因数校正（PFC）控制电路的设计功率因数校正是提高LED驱动电源能效的重要手段。

其基本原理是通过改变输入电流的波形和相位，使输入电流与输入电压之间保持一定的相位差，从而提高功率因数。

在设计中，需要选择合适的PFC控制电路，如基于整流器电压控制的PFC电路、基于电流控制的PFC电路等，并采用合适的控制策略和控制参数。

2.2 反激转换器的设计与控制反激转换器是实现交流电源到恒流直流输出转换的关键器件。

其基本原理是通过开关管和变压器实现电能的转换和隔离。

在设计中，需要选择合适的开关管和变压器，以及合适的控制策略和控制参数。

另外，反激转换器还需要考虑过流、过压、过热等保护功能。

2.3 LED驱动电路的设计与优化LED驱动电路是将恒流输出转换为可供LED工作的电流和电压的电路。

其设计需要考虑LED的特性和光电性能，选择合适的电流和电压调节器件，并进行匹配和优化。

一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略

一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略单级全桥PFC变换器是一种通用的交流至直流电源变换器，其主要特点为具有高功率因数校正（PFC）能力，可实现对供电电网的高效利用和抑制谐波污染的作用。

在该类变换器中，变压器是一个重要的组成部分，它用于将交流电源电压转换成经过整流和滤波后的直流电压。

然而，由于变压器存在的磁滞和磁饱和等非线性特性，易导致工作效率低下、损耗大的问题。

为此，在单级全桥PFC变换器中引入一种变压器偏磁抑制策略，能够有效减小以上问题带来的不利影响。

1. 变压器的偏磁现象及其原因在单级全桥PFC变换器中，变压器的偏磁现象是由于变压器磁芯的饱和和磁滞等非线性特性造成的。

磁芯饱和是指磁通量达到磁芯饱和磁通密度时，磁芯无法继续吸收电能的现象；而磁滞则是指当磁通密度从饱和状态减小时，磁能不能立即全部释放的现象。

通过这两种非线性特性，变压器的磁通量无法实时跟随输入电压的变化，从而导致变量器的磁通量偏离直线。

当变压器磁通量偏大时，会导致输入电流的急剧增加；而当变压器磁通量偏小时，则会导致输出电压降低，从而影响整个系统的稳定性和性能。

2. 变压器偏磁抑制策略为了降低变压器偏磁的影响，可以采取以下抑制策略：2.1 增大变压器的饱和电流通过增大变压器磁芯的饱和电流，可以扩大变压器工作的线性区域。

例如，在设计变压器时，可以采用更高的磁芯饱和密度，从而使变压器的磁芯能够承受更大的输入磁通密度，进而提高变压器的工作效率和稳定性。

2.2 引入惯性电流控制通过引入惯性电流控制技术，可以让变压器能够较好地跟随输入电压的变化，从而实现对变压器磁通量的稳定控制。

该技术可以利用电感等元件的惯性特性，使得变压器中的磁通量具有一定的滞后效应，从而实现非线性特性的补偿和抑制。

通过引入闭环控制技术，可以实现对变压器磁通量的实时监测和控制。

例如，在变压器的输入端和输出端分别加入电流传感器和电压传感器，就可以实现对变压器输入和输出的实时监测和控制。

基于对偶变换的新型单级PFC变换器研究

摘要：通过常用的ｂｃ－ｏｓ变换器级联电路的对偶变换，￣导出一种带有单级功率因数校正的新型变换器拓扑ｕｋｏｔｂ－ｘ－Ｙ电路。对设计公式进行分析，－得到元件参数值和电流应力之间的关系。仿真和实验结果验证了该电路的运行特点和－￣ｑ－ｘ
其功率因数校正能力。关键词：对偶原理；ＦＤＶＭ；ＰＣ；Ｃ变换器
（ｈｉｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙａｄＳｉｎｅＡｎｕｏｉｃａｙＬａｏａｏｙＡｎｕｖｒｉｏｃｎｌｇｎｃｅｃ，ｈｉＵｎｙＰｒｖｎｉｌＫｅｂｒｔｒｏｅｔｉａｄＣｎｒｌＷｕｕ。２００，ｉａｆＥｌｃｒｃｎｏｔｏ，ｈ４１０Ｃｈｎ）Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｅｓｎｌｔｇＣｅｕａｏｅｉｅｙｔｋｎｈｕｌｆａｗｅｌｎｗｎｃｒｕｔｂｓｄｏａｃｄｆｎｗｉｇｅｓａｅＰＦｒｇｌｔｒｉｄｒｖｄｂａｉｇｔｅｄａｌｋｏｉｉａｅｎａｃｓａｅｏｓｏ — ｃｃｎｅｔｎｌｂｏｔｂｃｏｖｒｅｓＡｎｌｔａｅｉｎｅｐｅｓｏｓａｅｄｒｖｄｉｕｔａｉｇｔｅｒｌｔｎｂｔｅｕｒｎｏｖｎｉａｏｓ－ｕｋｃｎｅｔｒ．ｏａｙｉｌｄｓｘｒｓｉｎｒｅｉｅ，ｌｓｒｔｎｈｅａｉｅｗｅｎｃｒｅｔｃｇｌｏｓｒｓｎｏｏｅｔｖｌｅ．ＰＳＣＥｓｍｕａｉｎａｄｅｐｒｎａｅｕｔｓｐｒｏｍｅｏｃｎｉｔｅｏｅａｉｎｏｈｉ— ｔｅｓａｄｃｍｐｎｎａｕｓＰＩｉｌｔｎｘｅｉｏｍｅｔｌｒｓｌｉｅｆｒｄｔｏｆｒｈｐｒｔｆｅｅｒｓｍｏｔｃｌａｄｉｏｒｆｃｏ－ｏｒｃｉａａｉｔ．ｕｔｎｓｐｗｅ－ａｔｒｃｒｅｔｃｐｂｌｙｔｇｎｉ

单相单级PFC变换器预测控制算法研究

单相单级PFC变换器预测控制算法研究随着能源危机和环境保护意识的增加，对能量的高质量使用和电力系统的高效运行要求也越来越高。

因此，电力因数校正（PFC）变换器作为一种常用的电力电子设备已经广泛应用于家用电器、电源、电动车等领域。

单相单级PFC变换器是一种基于整流器和逆变器的拓扑结构，其主要目的是对输入电流进行校正，保持输入电流与电网电压的相位接近并尽量对称。

传统的PFC控制算法存在精度低，响应速度慢等问题。

因此，研究一种高效、精确的PFC变换器控制算法具有重要的理论意义和实际应用价值。

预测控制（Model Predictive Control，MPC）是一种基于系统模型的优化控制方法，它通过对控制器未来一段时间内的输出进行预测，并优化当前控制信号，从而实现对系统的精确控制。

MPC算法具有较好的动态性能和稳态性能，对于单相单级PFC变换器的控制具有很大潜力。

单相单级PFC变换器的MPC算法可以分为两个环节：参考模型的建立和动态调整。

首先，通过建立系统的数学模型，得到参考输出和参考电流。

然后，根据MPC算法的优化准则，解决相关的优化问题，计算控制信号。

通过不断调整控制信号，使系统的输出快速跟踪参考模型。

MPC算法的主要优点包括：（1）能够处理系统的约束条件，在控制过程中防止系统状态偏离预期范围；（2）可以通过调整预测时域长度来平衡控制性能和计算复杂度；（3）可以在不知道系统准确模型的情况下进行控制，只需要准确的测量数据。

因此，在单相单级PFC变换器的控制中，采用MPC算法可以充分利用其优点，提高系统控制性能和运行效率。

然而，MPC算法也存在一些挑战。

首先，MPC算法依赖于系统准确的数学模型，在实际应用中可能存在模型误差。

其次，MPC算法的计算复杂度较高，需要大量的计算资源。

此外，MPC算法的实时性对于一些实时性要求较高的应用可能存在一定困难。

综上所述，单相单级PFC变换器的预测控制算法研究是一个具有重要意义和挑战性的课题。

单级反激PFC设计

单级反激PFC设计单级反激PFC（Power Factor Correction）是一种电路设计技术，可以帮助改善电力系统的功率因数。

传统的功率因数低的电路会导致电网能源浪费和电力系统的不稳定性。

单级反激PFC可以通过减小谐波干扰，增加功率因数并提高效率，从而达到更高的能源利用效率和电力系统的稳定性。

1. 电路拓扑选择：单级反激PFC主要有Boost转换器和Flyback转换器两种常用的电路拓扑。

Boost转换器适用于大功率应用，Flyback转换器适用于小功率应用。

根据具体需求选择适合的拓扑结构。

2.输入滤波电感设计：输入滤波电感的设计可以有效减小电源线上的谐波干扰。

一般来说，选择适当的电感值可以实现较好的滤波效果，同时还要考虑电感的尺寸和成本限制。

3.交流电压检测：单级反激PFC是基于交流电压进行控制的，所以需要对输入电压进行实时检测。

可以使用简单的电压分压电路和比较器等组成反馈控制回路，来实现对输入电压的准确检测。

4.反馈控制设计：单级反激PFC需要对输出电压进行反馈控制，以达到稳定的输出电压。

一般采用PID控制算法，结合脉宽调制技术，通过调节开关器件的导通时间来维持输出电压稳定。

5.调光控制设计：如果设计的单级反激PFC用于LED照明系统，还需要考虑调光控制的设计。

可以采用脉宽调制技术，调节开关器件导通时间的方式来实现LED灯光的调光控制。

单级反激PFC的设计一般需要进行仿真和实验验证，以保证设计的性能和稳定性。

通过合理的电路拓扑选择、输入滤波电感设计、交流电压检测、反馈控制设计和调光控制设计等关键方面的设计，可以实现高效率、高功率因数的反激PFC电路。

总之，单级反激PFC设计是一项综合性的电路设计任务，需要综合考虑各个方面的因素。

通过合理的设计和优化，可以实现高效率、高功率因数的单级反激PFC电路，从而提高电力系统的能源利用效率和稳定性。

一种单级PFC变换器及控制方法[发明专利]

专利名称：一种单级PFC变换器及控制方法专利类型：发明专利
发明人：严宗周
申请号：CN202110271534.8
申请日：20210312
公开号：CN112688554A
公开日：
20210420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种单级PFC变换器及控制方法，其将变压器或电感的输出对地作为势能变换单元，母线输出端作为输入单元，并在其输出端加入：控制单元、输出单元等组成升降压模块和PFC单元；控制单元为单个或多个开关管、电容、二极管等组成的电路，用于控制各个单元之间的导通，通过对应的控制方法将输入单元或势能变换单元的能量，在某个时刻储存至PFC单元内提高PF 值，而PFC单元根据需要来进行释放填谷防止输出波动；通过控制单元来控制PFC单元进行升降压和释放控制，可以将PFC单元内的PFC电容控制在较低的电压上，降低PFC电容的耐压；控制单元控制输入单元、输出单元、势能变换单元、PFC单元来提高PF值和稳定输出。

申请人：深圳原能电器有限公司
地址：518000 广东省深圳市宝安区航城街道钟屋社区钟屋新工业园70栋5层
国籍：CN
代理机构：深圳市广诺专利代理事务所(普通合伙)
代理人：伍华荣
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一种单级PFC半桥变换器的研究

图 8 带 ZV ZCS 的单级 PFC 半桥变换器的开关模式 6 示意图
2 仿真实验与结果说明为了验证本文所讨论的电路拓扑及控制方式的
可行性以及上述分析的正确性 , 对图 1 所示电路进行了计算机仿真分析。电路主要参数如下 :
V in = 120 V AC ; L b = 192. 6 μH ; L r = 6. 9 μH ; C1 = C2 = 500 μF ; CSW1 = CSW2 = Cr = 20 n F ; C0 = 2 200μF ; L 01 = L 02 = 20μH ; 开关频率 = 5 k Hz ; 变
关键词 :零电压零电流开关 ;半桥变换器 ;单级 PFC ;软开关中图分类号 :TM564 文献标识码 :A
St udy of a Half2bridge Converter of Single2stage PFC
L IU Wen2yan1 , KAN Q uan2f u2 (1. Dato ng Coal Mine Gro up , Dato ng 037003 , China. 2. Xuzho u Power Plant , Xuzho u 221166 , China)
ILr ( t)
=
IDSW1 ( t)
= V 1 - nV Cr ( t Lr
t0 )
(1)
V CSW1 ( t) = 0
(2)
Iin ( t)
= V in -
V 1 + nV Cr ( t L
t0 )
(3)
L = Lb + L
(4)
图 3 带 ZV ZCS 的单级 PFC 半桥变换器的开关模式 1 示意图
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单相PFC数字控制器的研究的开题报告

单相PFC数字控制器的研究的开题报告题目：单相PFC数字控制器的研究目的：随着近年来电能消耗的不断增加，能源利用的效率也成为人们极为关注的话题。

智能电网建设和提高电气设备设施的效率成为当前节能减排的重要发力点。

而功率因数校正（PFC）技术作为电气设备中提高能量利用率的关键技术之一，广泛应用于家电、通信、建筑等多个领域，尤其在LED照明、太阳能和电动汽车等方面应用更加广泛。

因此，本文针对单相PFC数字控制器的研究，旨在提高电气设备能量利用率，推动社会可持续发展。

研究内容：本文将基于单相半桥的PFC电路拓扑及其控制算法进行相关研究。

具体分为以下两个方面：1. 单相PFC电路拓扑及其设计。

在该部分中，将研究单相半桥式PFC电路的基本工作原理及其特点。

此外，将进行原型设计并进行仿真实验，探究不同电容值、电感值及开关频率等参数对电路性能的影响，实现电路的快速响应和有效控制。

2. 单相PFC控制算法及其设计。

在该部分中，将研究单相PFC控制算法及其原理，以及四种设计算法：基于传统正弦波控制、双环控制、补偿反馈控制和单循环控制的比较，并基于相关理论开发算法。

此外，还将考虑如何采用数字信号处理器（DSP）实现算法的实时计算，实现交流负载在更广泛范围内的高品质电源，优化电路拓扑结构并提高控制精度。

预期结果：本研究针对单相PFC数字控制器的研究，以增强电气设备设施的效率为目标，力求在单相PFC电路拓扑与设计及单相PFC控制算法及其设计两个方面取得以下预期结果：1. 基于单相半桥的PFC电路拓扑，实现电路的快速响应和有效控制；2. 实现四种单相PFC控制算法的设计，并开发可实现算法的DSP模块；3. 通过仿真实验探究不同电容值、电感值、开关频率等参数对电路性能的影响，最终在实验分析与数值模拟结合的基础上优化电路拓扑结构，提高电路响应速度和控制精度。

4. 提出实现单相半桥的PFC机构的改进方法，并评估改进方案的可行性，证明它在实现高性能电路控制和响应中的有效性和专业性，为高效能电能驱动器的应用提供了一种新的思路。

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将式（１６）代入式（１４），可得
Ｌ１＜
ＴｓＵｍ（Ｕｃ－Ｕｍ）３Ｒｏ２Ｕｃ４ｄ
＝
１．３３ｍＨ。
为保证电感电流的断续，同时考虑到实际电路能
量传递过程中的损耗，所提电路中的Ｌ１取为１ｍＨ。
４仿真和实验结果
采用ＰＳＰＩＣＥ软件对电路进行仿真分析。图３ａ
图３仿真和实验波形
示出开关的驱动电压ｕｇＶＴ１和ｕｇＶＴ２，ｉＬ１，ｉＣ１和ｉＣ２及ｉＴ的仿真波形；图３ｂ示出输入电压ｕｉｎ和输入电流ｉｉｎ的实验波形。由图可见，变换器能获得近似正弦且与ｕｉｎ同相位的ｉｉｎ，输入电流的总谐波畸变
件数量，提高电路效率，实现较低输入电流畸变，满
足相应的谐波标准的特点。经对所提拓扑的工作原
理、性能指标及其与参数之间关系进行分析和仿真
研究验证了所提拓扑及控制方式的正确性，并得到
较为满意的结果。
２工作原理及特性分析
２．１工作原理
图１示出所提
基于桥式电路的单
级ＰＦＣ变换器的主
电路拓扑。可见，其
由上述工作过程可得各开关的控制方式，即
ＶＳ１和ＶＳ２的驱动信号互补，ＶＳ３与ＶＳ４的驱动信号占空比相同。ＶＳ２与ＶＳ３的驱动信号前沿同步，ＶＳ４与ＶＳ１的驱动信号后沿同步。ＶＳ１和ＶＳ２的驱动脉冲宽度用于控制输入侧直流电压及输入电流波形；ＶＳ３和ＶＳ４的驱动脉冲宽度用于控制输出电压。通过改变驱动信号下降沿的时刻进行控制；ＶＳ１和ＶＳ４采
率ＴＨＤ＝６．８％，输入电流畸变率较大的原因是因为输入电压畸变率大而造成的，其功率因数为０．９８５。
５结论
分析了所提新型单级半桥ＰＦＣ电路的工作原理，它可减小功率器件的电压过冲，并且变压器电流可正反向工作，无需去磁复位处理，获得了较高的变换效率。给出了主要参数的详细设计步骤，并通过仿真和实验进行了验证，变换器能获得近似正弦并与输入电压同方向的输入电流，且功率因数近Ｓ２将升压电
图１主电路拓扑
３５
第３９卷第６期２００５年１２月
电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００５
路和桥式逆变电路组合在一起构成单级ＰＦＣ变换
器电路。该电路类似于一般的ＰＦＣ电路，ＶＳ１￣ＶＳ４构成典型的桥式逆变电路。
图３控制电路结构图
在主电路中，输入直流滤波电容采用两个６８０μＦ／４００Ｖ的电解电容串联使用。开关元件采用英飞凌公司生产的２０Ａ，６００ＶＣｏｏｌＭＯＳＳＰＷ２０Ｎ６０Ｃ３元件。高频变压器次级侧采用全波整流电路，输出整流二极管采用ＩＸＹＳ公司生产的３７Ａ，６００ＶＤＳＥＩ３０－０６Ａ元件。
制方式；研究了该电路拓扑的输入、输出性能指标及其与控制参数之间的关系。通过对实验样机的设计和仿真分析
表明，运用该电路拓扑的实验装置，其功率因数较高，输入电流的总谐波畸变较低，输出电压纹波小。
关键词：功率因数；变换器／总谐波畸变
中图分类号：ＴＭ４６，ＴＭ７１４．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－１００Ｘ（２００５）０６－００３５－０２
Ｕｄｃ— ——初级侧直流电压
Ｕｉｍａｘ—— —输入电压峰值
由于在ＶＳ２，ＶＳ４导通期间，输入能量可直接通
过变压器向输出传递，大大减小了ＶＳ１的工作电流，
同时也减小了对直流侧电容容量的要求，因此电路
的效率得以提高。
２．２系统性能与参数间的关系
输入电流畸变率和直流变换器利用率是衡量单
级变压器性能的两个重要指标。在本方案所提拓扑和
１引言
随着电力电子装置的广泛使用，谐波污染倍受人们的关注。为了减少交流电网的谐波污染，目前国内外已推出一些限制电流谐波的标准，如ＧＢ１７６２５．１－１９９８和ＩＥＣ６１０００－３－２等。为了使电力电子装置的输入电流谐波满足现有谐波标准的要求，必须在其输入侧加功率因数校正（ＰＦＣ）装置。目前较为成熟的是两级ＰＦＣ变换器装置，利用这种装置能很容易地实现高功率因数ＰＦ和低的总谐波畸变ＴＨＤ，而且还可迅速调节输出电压，但其制造成本较高，电路也比较复杂。在小功率应用场合，因装置成本相对要求比较低，所以大量使用了单级ＰＦＣ变换器。
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎａＢｒｉｄｇｅＩｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄＳｉｎｇｌｅ－ＳｔａｇｅＰＦＣＴｏｐｏｌｏｇｙａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｔａｇｅ
ＰＥＩＹｕｎ－ｑｉｎｇ，ＮＩＪｉａ，ＷＡＮＧＺｈａｏ－ａｎ
（Ｘｉ′ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｏｖｅｌｔｏｐｏｌｏｇｙａｂｏｕｔｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅＰＦＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｉｔｓｔｈｅｏｒｙｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｂｏｕｔｔｈｉｓｔｏｐｏｌｏｇｙ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｃａｎｍａｋｅｔｈｅｄｅｖｉｃｅｇｅｔｔｏｈｉｇｈＰＦ，ｌｏｗＴＨＤｏｆｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄｌｏｗｒｉｐｐｌｅｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＦ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ／ＴＨＤＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ：ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＤＥＬＴＡＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ
参考文献
［１］ＪｉｎｄｏｎｇＺｈａｎｇ，ＦｒｅｄＣＬｅｅ，ＭｉｌａｎＭＪｏｖａｎｏｖｉｃ．ＡｎＩｍ－ｐｒｏｖｅｄＣＣＭＳｉｎｇｌｅ－ＳｔａｇｅＰＦＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒＷｉｔｈａＬｏｗＦｒｅ－ｑｕｅｎｃｙＡｕｘｉｌｉａｒｙＳｗｉｔｃｈ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃ－ｔｒｏｎｉｃｓ．２００３，１８（１）：４４～５０．
目前，单级ＰＦＣ变换器拓扑的研究主要采用单开关方案，它局限于２００Ｗ以下的小功率电源。究其原因，首先，单级变换器要求兼顾输出电压的快速调节及输入电流波形的控制，而单开关方案在设计中存在许多限制，使电路元器件的利用率下降；其次，单级变换器虽能实现部分能量直接向输出侧传递，但其比例较小，因此总体效率有时低于两级变换器，
［２］李云秀，邬伟扬，赵清林．带有源箝位和软开关的单级隔离式ＰＦＣ变换器［Ｊ］．电力电子技术，２００１，３５（３）：１～３．
［３］ＱｕｎＺｈａｏ，ＦｒｅｄＣＬｅｅ，Ｆｕ－ｓｈｅｎｇＴｓａｉ．ＶｏｌｔａｇｅａｎｄＣｕｒｒｅｎｔＳｔｒｅｓｓＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＳｉｎｇｌｅ－ＳｔａｇｅＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＡＣ／ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓＷｉｔｈＢｕｌｋＣａｐａｃｉｔｏｒＶｏｌｔａｇｅＦｅｅｄｂａｃｋ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ［Ｊ］．２００２，１７（４）：４７７～４８４．
ＶＳ１，ＶＳ２同时承担功率因数校正和逆变两个功能，两管互补工作。当ＶＳ２导通时，输入电源向电感Ｌ储能，电感电流ｉＬ逐渐增加。当ＶＳ２关断后，ＶＳ１导通，输入电源与Ｌ一起向直流侧电容充电，ｉＬ逐渐下降。通过调节ＶＳ１，ＶＳ２的导通占空比ｄＶＳ１ｏｎ和ｄＶＳ２ｏｎ，即可校正输入电流波形。由ＶＳ１￣ＶＳ４桥式变换电路的工作过程与常规电路有一定差别，当ＶＳ１和ＶＳ４同时导通或ＶＳ２和ＶＳ３同时导通时，向输出传递能量。为防止变压器产生直流偏磁，需保证ＶＳ１和ＶＳ４同时导通的时间与ＶＳ２和ＶＳ３同时导通的时间相同。
用前沿调制方法，
即通过改变驱动信
号上升沿时刻来进
行控制。图２示出
其控制脉冲时序。
图２各开关器件的驱动信号时序图各开关管的占
空比与直流电压、输入电压的关系为：
ｄＶＳ３＝ｄＶＳ４
（１）
Ｕｄｃ＝
Ｕｉｍａｘ１－ｄＶＳ２ｍｉｎ
（２）
式中ｄ＜ｄＶＳ３ｍａｘＶＳ２ｍｉｎ
ｄＶＳ２ｍａｘ＝１－ｄＶＳ２ｍｉｎ
基金项目：台达科教发展基金资助定稿日期：２００５－１０－２１作者简介：裴云庆（１９６９－），男，上海人，副教授，研究方
向为直流开关电源及逆变电源。
从而使单级变换器的成本优势难以体现［１，２］；再者，与
两级变换器相比，单级变换器的输入电流畸变率较
高，通常为４０％￣７０％。当电源的输出功率增加或多
控制方式下，上述两项指标与控制参数密切相关，即当
ｄＶＳ３ｍａｘ（ｄＶＳ４ｍａｘ）越大，则直流变换器的利用率越高；当ｄＶＳ２ｍａｘ越大，则输入电流的死区越小，输入电流的畸变率也越小。由上式可知，当输入电压一定时，提高Ｕｄｃ，则ｄＶＳ２ｍｉｎ增大，ｄＶＳ３ｍａｘ（ｄＶＳ４ｍａｘ）增加，直流变换器利用率提
３６
高，但输入电流的死区变大，电流畸变率增大，反之则相反。而Ｕｄｃ提高，将提高开关器件、滤波电容等元件的耐压。应用时应考虑各项性能的折中，选择Ｕｄｃ为最高输入电压的１．５倍较为合适，此时输入电流的畸变率可控制在１５％以内。