基于MATLAB的Boost型功率因數(shù)校正電路的仿真分析

孟利明 王秀蓮

[摘 要]本文在傳統(tǒng)Boost型轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上,采用ZVT軟開關(guān)技術(shù)對其改進,并使用MATLAB軟件建立了仿真模型進行仿真分析。

[關(guān)鍵詞]軟開關(guān) Boost型轉(zhuǎn)換器 功率因數(shù)校正

[中圖分類號]TN913[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0047-02

1 引言

為了滿足輸入電流諧波滿足要求減小對電網(wǎng)的污染,現(xiàn)今的開關(guān)電源都采用功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)。常見的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器主電路的拓撲結(jié)構(gòu)有:降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、降/升壓式(Buck-Boost)、反激式(Flyback)等,其中因Boost變換器具有效率高、電路簡單、成本低等優(yōu)點而等到廣泛的應(yīng)用[1]。但傳統(tǒng)的Boost變換器采用的是硬開關(guān)PFC技術(shù),使得開關(guān)損耗大、開關(guān)電流應(yīng)力大和二極管開關(guān)噪音大。為彌補硬開關(guān)變換器的不足,人們不斷探討新型的Boost軟開關(guān)變換器,如零電壓過渡(ZVT-Boost)軟開關(guān)變換器和零電流過渡(ZCT-Boost)軟開關(guān)變換器。由于零過渡軟開關(guān)具有主開關(guān)為ZCS或ZVS、續(xù)流二極管為ZVS或ZCS、主開關(guān)和續(xù)流二極管的電流和電壓應(yīng)力小及在寬范圍電源電壓和負載電流內(nèi)均可滿足ZVS和ZCS條件,它們代表了目前軟開關(guān)變換技術(shù)的最新發(fā)展[2]。本文針對一種ZVT-Boost變換器,采用MATLAB/SIMULINK仿真軟件建立其仿真模型,并根據(jù)仿真圖形對其電流電壓進行了詳細的分析。

2 ZVT-Boost型變換器的設(shè)計

2.1 ZVT-Boost型變換器拓撲電路

圖 1 是ZVT-Boost變換器的拓撲電路。有圖可知,除在主開關(guān)加有諧振電容Cs外,在傳統(tǒng)的Boost變換器拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還多了有 Cb、Cr、Lr、D1、D2、D5和輔助開關(guān)S2組成的諧振電路。

2.2 變換器工作過程

假設(shè)交流電源側(cè)電感足夠大,Lin >> Lr,開關(guān)頻率遠遠高于輸入正弦波頻率,則在一個開關(guān)周期內(nèi)交流電源相當(dāng)于一個直流電源[3]。圖2為主要波形示意圖。

[t0,t1]:t0時刻輔助開關(guān)管S2導(dǎo)通,Lr電流由零開始上升,二極管D4電流下降,至t1時刻,ILr上升的Iin ,而D4中的電流為0 。

[t1,t2]:t1時刻Cs開始放電,而Lr電流繼續(xù)上升,在t2時刻,Cs電壓降為0,Lr的電流達到最大值。

[t2,t3]:t2時刻由于Cs電壓降為0,所以Lr、Cr、D2、D1、S2和于S1的寄生二極管組成諧振電路,Lr開始放電,至t3時刻,Lr的電流降為Iin 。在這短時間內(nèi),S1零電壓導(dǎo)通。

[t3,t4]:t3時刻之后諧振電路中的電流低于輸入電流,S1的電流開始上升,至t4時刻S1的電流等于Iin,Lr的電路為0。

[t4,t5]:t4之后由Lr、Cr、Cb、D5和S1組成諧振電路,Cr開始放電,S2零電壓關(guān)斷。

[t5,t6]:在此階段變換器的工作過程和不加輔助電路時相同。

[t6,t7]:當(dāng)主開關(guān)管S1關(guān)斷時,S1兩端的電壓等于輸出電壓于Cb兩端電壓只差,同時Cs充電,則S1屬于零電壓關(guān)斷。Cb通過D3向負載放電。

2.3 仿真結(jié)果

應(yīng)用MATLAB進行仿真,電路仿真參數(shù)如下:輸入電壓220VAC,升壓電感Lin = 0.36mH ,諧振電感Lr = 8uH ,輸出濾波電容 Co = 1970uF,諧振電容 Cr = 10nF , Cs = 0.5nF , Cb = 0.1uF ,輸出電壓400V,在輸出端利用大電阻對輸出電壓進行采樣,利用雙環(huán)控制得出輸入電壓、輸入電流的波形,以及功率因數(shù)。圖3是ZVT-Boost變換器主開關(guān)S1兩端電壓波形,圖4是ZVT-Boost變換器功率因數(shù)波形。

2.4 分析結(jié)果

從仿真結(jié)果可得出住開關(guān)管零電壓導(dǎo)通,功率因數(shù)達到了0.9997,滿足目前的國際電工委員會制定的IEC61000-3-2標(biāo)準。

3 結(jié)論

通過對ZVT-Boost變換器的仿真分析,可以得出如下結(jié)論:首先,ZVT軟開關(guān)技術(shù)可以

使主開關(guān)、輔助開關(guān)和續(xù)流二極管軟開關(guān),從而減小開關(guān)損耗;其次,輔助電路減少了主開

關(guān)的電壓和電流應(yīng)力,因而降低了對器件的性能要求。

參考文獻

[1] 華偉,金新民.大功率單相功率因數(shù)校正主電路方案[J].電工技術(shù)雜.1998,No.6:13-15.

[2] 張謬鐘.高功率因數(shù)軟開關(guān)電源研究[D].黑龍江:哈爾濱工程大學(xué),2007:1-75.

[3] 潘飛溪,敬守勇.一種Boost 型PFC 電路控制芯片的設(shè)計[J].電子器件.2007,Vol.30,No.1:17-21.