[发明专利]基于图腾柱PFC的扩展ZVS范围并保留裕量的方法

说明书

本发明公开了一种基于图腾柱PFC的扩展ZVS范围并保留裕量的方法，通过控制辅助开关管额外导通解决了主开关无法通过自然谐振实现零电压开通的问题，针对变换器在数字化的实现过程中，CRM模式下传统变导通时间控制由于额外导通时间所对应的大量复杂数学运算严重影响算法执行效率的问题，通过线性拟合的思想对其进行简化，在变换器数字化的实现过程中降低了数字控制算法的实现难度，提高了算法的执行效率，提升了变换器的整体性能。本发明的方法中，采用合理的线性化近似方法在留有ZVS时间裕量的基础上得到了额外导通时间新的简易线性表达式，拓展了ZVS范围保证了实现ZVS的可靠性。

技术领域

本发明属于功率因数校正技术领域，具体涉及一种新型基于图腾柱PFC的扩展ZVS范围并保留裕量的方法。

背景技术

以开关电源为代表的电力电子装置给社会生活带来了极大的进步，但同时也带来了电网电流谐波污染以及功率因数低的问题。针对这一问题，行业内对于75W以上的开关电源，要求其带有功率因数校正功能以提高电能利用率和网侧电流质量。有源功率因数校正技术能够实现低的谐波含量和高的功率因数从而满足现行最严格的标准，因此其应用十分广泛。

传统PFC电路由二极管整流桥加Boost电路组成，但其适用于低功率且对效率要求不高的场合。随着经济生活的发展对AC/DC电源提出了更高的效率要求，因此学者们提出了一些无桥式PFC电路。在诸多的无桥式PFC电路中图腾柱PFC电路以其简单的对称性拓扑、较高的转换效率而得到了长远的发展。文献1(L.Huber,J.Yungtaek,and M.M.Jovanovic,“Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers,”IEEE Trans.PowerElectron.vol.23,no.3,pp.1381–1390,May 2008)中指出由于MOSFET体二极管反向恢复的影响导致开关损耗较大，因而此电路往往工作在临界导通模式(Critical ConductionMode，CRM)下。但随着第三代宽禁带半导体器件的应用，反向恢复问题完全可以忽略，该电路的工程化应用更为深入。文献2(B.Su,J.Zhang and Z.Lu,Totem-Pole BoostBridgeless PFC Rectifier With Simple Zero-Current Detection and Full-RangeZVS Operating at the Boundary of DCM/CCM,in IEEE Transactions on PowerElectronics,vol.26,no.2,pp.427-435,Feb.2011)中说明了工作在临界导通模式下的图腾柱PFC电路不能在交流输入电压下实现开关管的全范围ZVS，因此较高频率场合下其转换效率将受限。

同时文献2在恒定导通时间控制下采用了额外导通辅助管子的方法去扩展ZVS，但是它的缺点是输入电流总谐波失真率大，变换器的功率因数不高。文献3(Z.Huang,Z.Liu,Q.Li and F.C.Lee,Microcontroller based MHz totem-pole PFC with critical modecontrol,2016IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE),Milwaukee,WI,2016,pp.1-8)中采用数字化变导通时间控制方法去实现开关管的全范围ZVS，其根据输入电压、输出电压以及输出功率的大小能够相应地调节开关管导通时间从而实现全范围ZVS。此方法解决了文献[2]存在的问题，但其额外导通时间的表达式以及与ZVS时间裕量之间的关系较为繁琐，因此实现较为复杂且占用较多的处理器资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图腾柱PFC的扩展ZVS范围并保留裕量的方法，针对传统CRM模式下变导通时间控制图腾柱PFC变换器，在数字控制算法中额外导通时间所对应的大量复杂数学运算严重影响算法执行效率的问题，通过线性拟合的思想对其进行简化，从而提高算法的执行效率提升变换器的整体性能。