[發(fā)明專利]一種級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010579874.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111669044B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;張超;屈坤;唐賽;王達(dá)名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M1/42
• 分類號(hào): H02M1/42;H02M7/219;H02M1/14
• 代理公司: 南昌合達(dá)信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36142
• 代理人: 劉學(xué)濤

本發(fā)明提供了一種新型級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路及其控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域。所述的新型級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路主要包含主電感，高頻電感，低頻半橋，高頻半橋，工頻半橋，輸出電容。提出了一種新型控制方法，主要由AD轉(zhuǎn)換模塊，電壓控制環(huán)，比例系數(shù)，低頻電流控制環(huán)，總電流控制環(huán)，占空比補(bǔ)償環(huán)節(jié)，PWM模塊組成。本發(fā)明最終實(shí)現(xiàn)一種新型級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路和系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，尤其涉及一種級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路及其控制方法。

背景技術(shù)

目前，AC/DC整流電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)和家庭設(shè)備中，以提供所需的電能。為了抑制整流電路對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量和可靠性，整流電路必須使用功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)。

Boost型PFC(升壓型功率因數(shù)校正)電路因電路簡(jiǎn)單、功率因數(shù)高和設(shè)計(jì)成熟而在工業(yè)界中得到廣泛的應(yīng)用。Boost PFC由二極管不可控整流器與升壓變換器級(jí)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的功能。然而，隨著功率等級(jí)的提升，整流橋產(chǎn)生的損耗在總損耗中占的比重較大，因此采用沒(méi)有整流橋的無(wú)橋Boost PFC電路拓?fù)鋵?duì)提升系統(tǒng)的整體效率十分重要。圖騰柱無(wú)橋Boost PFC電路，由一個(gè)高頻半橋和一個(gè)線頻半橋組成，在任何時(shí)候只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和一個(gè)低頻二極管導(dǎo)通。相比于傳統(tǒng)Boost PFC電路拓?fù)渚哂性骷?shù)量少、導(dǎo)通損耗低、共模噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的圖騰柱無(wú)橋Boost PFC電路拓?fù)涫褂肧i基MOSFET作為主開(kāi)關(guān)管，由于SiMOSFET(硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的體二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題導(dǎo)致其在大功率條件下只能工作在DCM或者CRM模式，在CCM工作模式下，MOSFET體二極管產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)損耗，導(dǎo)致電路的效率較低。近年來(lái)，在功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用中，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶(Wide Band Gap,WBG)半導(dǎo)體材料打開(kāi)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新局面。由SiC和GaN材料制作的功率器件在開(kāi)關(guān)頻率、通態(tài)阻抗和結(jié)溫等方面能夠達(dá)到硅基功率器件的3倍，這些特性使得其具有關(guān)斷電壓高、損耗低、可靠性高及耐高溫的特點(diǎn)。因此，國(guó)內(nèi)外一些著名的公司開(kāi)始在嘗試將寬禁帶功率器件取代傳統(tǒng)Si基器件，應(yīng)用于圖騰柱無(wú)橋PFC系統(tǒng)中，取得了99％的效率和大幅度提升了變換器的功率密度。

然而，在無(wú)橋PFC系統(tǒng)中，大規(guī)模商用寬禁帶器件仍受到諸多因素的制約，比如價(jià)格，功率等級(jí)，可靠性等問(wèn)題。目前相同功率等級(jí)下，商用的寬禁帶器件價(jià)格是傳統(tǒng)的Si基器件的3～8倍。同時(shí)目前商用的寬禁帶器件的耐壓等級(jí)也受到了一定的限制，目前商用的SiC器件只有1700V，而GaN器件只有650V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Si基功率器件，這大大限制了寬禁帶器件的應(yīng)用范圍。最后，由于目前工藝水平的限制，目前商用的寬禁帶器件也存在一些可靠性問(wèn)題，比如SiC器件的柵氧退化問(wèn)題，GaN器件的電流崩塌問(wèn)題。

因此針對(duì)目前Si基器件和寬禁帶器件存在的問(wèn)題，如何合理使用寬禁帶器件和Si器件，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)成本與性能的折中成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路及其控制方法，利用低成本、大容量的Si基器件低頻處理系統(tǒng)的大部分功率，高頻率，低損耗的寬禁帶半導(dǎo)體只處理小部分功率，同時(shí)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)皖l紋波，提分系統(tǒng)的功率因數(shù)及降低總諧波畸變率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種級(jí)聯(lián)交錯(cuò)圖騰柱無(wú)橋PFC電路，包括總電源，所述總電源的輸出端1連有并聯(lián)相連接的主電感L1和高頻電感L2，所述主電感L1的輸出端連接有第一硅基器件SL1和第二硅基器件SL2；所述高頻電感L2的輸出端連接有第一寬禁帶器件SH1和第二寬禁帶器件SH2；

所述總電源的輸出端2連有第一硅二極管D1和第二硅二極管D2；

所述第一硅二極管D1和第二硅二極管D2與并聯(lián)相連接的輸出電容C0和負(fù)載相連接；