[發明專利]基于雙重積分滑?？刂频臄底质酱蠊β蕡D騰柱PFC

在審

• 申請號: 201810329126.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108512411A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 高飛;鄭繼明;顏廣;吳艦;游明琳;胡波
• 申請（專利權）人: 貴州師范大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42
• 代理公司: 北京皮皮云嘉知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 師杰

本發明涉及PFC技術領域，具體涉及一種基于雙重積分滑?？刂频臄底质酱蠊β蕡D騰柱PFC，盡管積分控制可以改善系統穩態誤差，但僅使用積分滑模還不能使升壓電路獲得滿意的穩態性能[15],[16]，通常增加積分控制的階數可以進一步改善穩態性能，所以采用雙重積分滑模對樣機進行控制，通常功率大于2kW的PFC電路采用交錯式結構，該結構不僅可以降低器件的功率要求，還可以減少電感電流和輸出電壓的紋波，但交錯結構增加了器件的數量，導致功率密度降低。如果采用雙重積分滑?？刂撇⑶沂褂肎aN HEMT作為開關管，即使不采用交錯式結構，大功率圖騰柱PFC也能獲得更好的性能。具有很強的創造性。

技術領域

本發明涉及PFC技術領域，具體涉及一種基于雙重積分滑?？刂频臄底质酱蠊β蕡D騰柱PFC。

背景技術

雖然線性小型號模型便于建模和分析，但是由于小型號這一前提條件的局限性，當PFC工作在全電壓以及負載變化范圍大的場合下，應用小型號模型建模很難獲得滿意的精度。另外根據[1],在PFC的全工作范圍內，應用小型號模型不能準確地分析PFC的穩定性。當控制參數不確定時，滑模控制應用在變結構控制系統中具有很高的魯棒性和穩定性[2]，該特點使其適合應用在開關電源這一非線性系統中。需要說明的是，開關電源的開關器件不可能達到無限高的頻率，所以為了減小振顫，開關頻率越高越好。

與Si MOSFET相比，GaN HEMT的優點可以歸納為：驅動功率?。婚_關損耗??；反向恢復損耗小；沒有電壓振蕩(米勒效應)。也就是說，采用GaN HEMT可以實現很高的開關頻率而不會導致效率下降很多。GaN HEMT的這些優點使其適合應用于滑?？刂频膱D騰柱PFC。

研究人員和工程師竭盡全力提高PFC的性能，主要精力放在提高效率、功率密度和功率因數，以及降低THD和EMI[3]-[8]。PFC的發展趨勢是應用更少的器件同時獲得更好的性能，從而滿足上述需求。在所有的PFC拓撲結構中，圖騰柱結構使用的器件最少，這也意味著圖騰柱結構的傳導損耗最小。然而在GaN HEMT工業化應用之前，使用Si MOSFET的圖騰柱電路很難得到實際應用，這是因為Si MOSFET的開關損耗比較大導致效率很低，以及其體二極管在反向恢復時寄生振蕩導致諧波較大，這些不利因素使得使用Si MOSFET的圖騰柱電路只能應用在斷續電流傳導模式(DCM)和臨界電流傳導模式(CRM)，而不能應用在需要連續電流傳導模式(CCM)的大功率高效率的PFC。

當PFC的功率大于2kW時，通常采用交錯結構[9]-[11]，即采用2個及以上的升壓單元錯開相位(錯開的相位角度＝π/升壓單元數)的方式工作。每個升壓單元輸出的波形錯開一定的相位疊加在一起，疊加后的波形的紋波比單個升壓單元的紋波要小。這種技術不僅可以降低器件的功率要求，減小器件的體積，還可以減少電感電流和輸出電壓的紋波從而減小EMI[12],[13]。但是，交錯結構增加了器件的數量從而導致PFC體積增大，從而導致了功率密度的下降。

采用DSP控制并且使用GaN HEMT作為開關器件的圖騰柱PFC，即使功率達到2.4kW，不采用交錯式結構也能達到很高的性能要求。這是因為GaN HEMT沒有寄生電壓振蕩，所以EMI很低；由于開關損耗小，可以實現高頻開關，所以降低了紋波。和傳統采用Si MOSFET的交錯結構PFC相比，采用GaN HEMT的非交錯結構圖騰柱PFC在效率、諧波和功率密度方面可以獲得更好的性能。為了驗證理論分析的正確性，制作了一個2.4kW的樣機。該樣機的最高效率可以達到99.07％(50kHz)，最低THD僅為2.8％(115V)and 2.7％(230V)。采用圖騰柱結構的PFC最高功率密度可達130W/立方英寸。

發明內容

(一)解決的技術問題