基于flyboost模块的新型单级功率因数校正变换器

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1、基于Flyboost模块的新型单级功率因数校正变换器

2、第1...(a)典型变换器功率流向(b)带直接功率变换模块的变换器功率流向图1变换器的功率流向图2直接功率变换的概念在如图1（a）所示的典型功率因数校正AC/DC变换器中，包含了两个功率模块，即PFC模块和DC/DC模块。首先，脉动的输入交流功率经过PFC模块输入到储能电容上，然后经过DC/DC变换器，得到稳定的直流输出。如果PFC模块和DC/DC变换器模块的效率分别是η1和η2，那么，AC/DC变换器的总效率η为η=η1·η2（1）实际上，希望得到稳定的直流输出并不需要经过

3、两次功率变换。我们可以让一部分交流功率只经过一次功率变换就到达直流输出端；而其余部分输入功率则经过两次功率变换。这样，既可以得到高效率，又可以获得稳定的直流输出[3,5]，如图1（b）所示。如果m表示能量的直接变换部分，那么（1－m）则是间接变换的能量，则Po=Pinη1m＋Pinη1η2(1－m)（2）η=η1m＋η1η2(1－m)=η1η2＋mη1(1－η2)（3）所以，具有直接功率转换的变换器的效率比原来提高了mη1（1－η2）。3直接功率变换及功率因数校正模块设工频交流经过全波整流后加在反激变换器上的电压为Vin，输入电

4、流为i1，变压器的变比为n:1，输出电压为Vo，输出电流为io，Re表示等效输入无损电阻。在一定占空比下，当反激变换器(flyback)工作在不连续导电模式（DCM）下，输入电流i1为三角波，其平均值近似为正弦波。另外，对输入而言，反激变换器可等效为一个受占空比D控制的无损电阻[4]，等效电路如图2所示。31等效输入电阻Re在一个开关周期Ts内，Vin近似不变，反激变换器原副边电流为i1，io呈三角波。[0－DTs]期间i1以斜率Vin/n2L线形增大（L为变压器副边的电感值）。[DTs－（D＋D2）Ts]期间副边电流io以斜

5、率－Vo/L减小，D2Ts为输出整流管导通时间。显然原边峰值电流ip为500)this.style.ouseg(this)">ip=(4)输入平均电流i1(avg)为500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">i1(avg)=i1dt=··DTs500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)

6、">=ipD==(5)500)this.style.ouseg(this)">从而得到Re=(6)3.2平均输出电流和输出功率副边峰值电流为ip′，则平均输出电流i0(avg)为500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">i0(avg)=i0dt==（7）根据伏秒积平衡VinDTs=nVoD2Ts得D2=VinD/nVo(8)将式（8）代入式（7）中

7、，得到i0(avg)=DVinip′/2nVo=D2Vin2Ts/2n2LVo=Vin2/VoRe(9)所以，输出平均功率为Po=Vo·io(avg)=Vin2/Re=Pin(10)上述分析说明：1）输出功率=输入功率，没有功率损耗,实现直接功率传递的概念；2）在式(5)中，Vin=

8、Vpeak·sinωt

9、，可知输入平均电流满足正弦规律，实现功率因数校正。尽管工作在DCM的反激变压器具有以上优点，但是，它同时也存在不少缺点，例如，由式(9)可知，输出电流中含有很大的二倍工频的纹波。4基于Flyboost模块的单级功率因数校正A

10、C/DC变换器在反激变压器的基础上，本文提出了一种新型的单级PFC变换器，即基于Flyboost模块的单级PFC变换器，如图3所示。当工作在不连续导电模式（DCM）下，Flyboost模块的工作状态可以概括为两种状态，即反激变压器状态和Boost电感状态，两个工作状态的工作波形如图4所示。1)反激变压器状态当

11、Vin(t)

12、<(Vc1－nVo)(式中Vin(t)表示交流输入电压瞬时值，Vc1表示中间储能电容电压，n表示T1的变比）。T1可以看作一般的反激变压器。在一个开关周期内，当S1开通时，T1经D5充电，储存能量；当S

13、1关断时，由于

14、Vin(t)

15、<(Vc1－nVc)，D6不能导通，储存在T1中的能量全部传递到输出端。500)this.style.ouseg(this)">图2工作于DCM模式的反激变压器500)this.style.ouseg(this)">图3带Fl