一种带零电流软开关的交错并联Boost PFC电路的研制

摘要

近年来，伴随开关电源等相关电子技术的跨越式发展，国际电工组织制订了较为全面衡量电子装置功率因数的标准。因此，对于中低端功率级别的电子装置而言，除需满足市场尤其是欧美市场的要求以外，还要符合IEC所制定的关于功率因数的标准。面对种种规章，选择有源功因校正(PFC)技术就是大势所趋的结果。在本次实验中，选用交错并联和零电流软开关技术设计有源功因校正电路，该技术可以有效减少开关的电流电压应力及纹波，缩小部分元件体积和重量，大幅度加快系统的动态响应速度，使功率因数在得到提升的同时能够降低损耗。
　　 本论文基于对多种功因校正拓扑及其应用情况的研究和对比，提出采用两个升压电路相并联同时带软开关的电路结构，该电路是以UC3854为核心并采用平均电流控制方式，对系统进行设计并实现装置功能。交错信号的产生是通过UC3854输出信号和借助相关芯片构成的分频电路所获得；零电流软开关则是通过一条谐振支路的作用使主开关关断时电流与电压无叠加区域，从而将损耗降至零来实现的。根据系统初始设定的数据指标和相关元件的频率来计算开关管等功率器件的额定值，采用交错并联带软开关技术，减小单一开关的电流，均衡各部分产生的热损耗，以便提升电路的工作效率和稳定性；后续章节则给出了UC3854芯片外围数据的确定和系统模型建立的详细过程，并应用MATLAB仿真软件描绘出相关部分的BODE图，进一步保证系统设计的可靠性和合理性。
　　 通过对系统原理及实际操作的分析整理，试制一台额定功率为1KW带零电流软开关的交错并联实验样机，基于对主、辅及其他环节电路进行开环测试的基础上，调试了系统动态工作响应，而后利用示波器截取数据波形，通过对交错并联软开关电路各部分所得波形及数据的分析，证明该控制手段有效降低半导体功率元件热应力，不但纹波较小，同时大大提高了系统工作效率和传输密度。实验结果也进一步证明所选电路模型性能优良。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题的来源

1.2 功率因数(PF)概念及其校正技术

1.2.1 PF概念

1.2.2 功率因数校正技术

1.2.3 无源功因校正技术

1.2.4 有源功因校正技术

1.2.5 输入电流控制原理分类

1.3 软开关技术

1.4 本课题意义及内容结构

1.4.1 课题意义

1.4.2 课题的研究内容结构

第二章 带零电流过渡交错并联软开关技术工作原理

2.1 主电路拓扑及传统工作波形

2.2 交锚技术工作原理

2.3 零电流软开关部分工作原理

2.4 主辅开关管驱动信号的时序要求

2.5 本章小结

第三章 主电路参数设计分析与器件的选取

3.1 参数指标

3.2 设计主电路

3.2.1 滤波器(EMI)设计选取

3.2.2 剪切频率的确定

3.2.3 确定电感量

3.2.4 设计与制作电感

3.2.5 开关管的选择

3.2.6 确定电容C0

3.2.7 前端升压二极管的选择

3.2.8 选取采样电阻

3.2.9 确定前端整流桥

3.2.10 选取滤波电容

3.3 选取控制芯片

3.3.1 芯片UC3854功能简介

3.3.2 UC3854芯片内部结构

3.4 双闭环控制电路设计

3.4.1 设计峰值电流限制电路

3.4.2 设配置前馈回路

3.4.3 确定乘法器外围参数

3.4.4 振荡器设计

3.4.5 电流环补偿网络设计

3.4.6 设计电压环补偿电路

3.5 设计辅助驱动电路

3.6 设计辅助电源电路

3.7 缓冲吸收电路的设计

3.8 本章小结

第四章 辅助回路设计和产生辅助管信号

4.1 辅助谐振回路参数的设计

4.2 辅助开关管信号的设计

4.2.1 确定延迟时间

4.2.2 延时电路的设计

4.2.3 单稳态触发电路的设计

4.3 关于设计分频装置

4.4 本章小结

第五章 实验结果分析

5.1 交错驱动波形分析

5.1.1 主开关驱动波形分析

5.1.2 主、辅驱动波形分析

5.2 对开关管波形的分析

5.3 关于电流、电压的波形分析

5.3.1 输入端电压、电流波形分析

5.3.2 负载突变时输入、输出电压及电流分析

5.4 电感电流波形分析

5.5 实验装置

5.6 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

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