[发明专利]图腾柱PFC变换器的全范围ZVS实现方法

说明书

本发明公开了一种图腾柱PFC变换器的全范围ZVS实现方法，通过采样得到图腾柱PFC变换器的输入交流电压、输出直流母线电压和Boost电感电流，将输出直流母线电压和电压参考值输入经过PI调节器，得到电压环输出电压，以确定电流参考信号，计算电感电流负值，额外导通时间，主管关断电感电流，以及实现全范围ZVS所需的第一死区时间和第二死区时间，根据主管关断电感电流控制所述图腾柱PFC变换器的主管关断，根据第一死区时间和第二死区时间确定各个开关管的关断时间，根据额外导通时间确定所述图腾柱PFC变换器的整流管的开通时间，以使图腾柱PFC变换器实现全范围ZVS，从而提高相应图腾柱PFC变换器的工作效果。

技术领域

本发明涉及电能变换技术领域，尤其涉及一种图腾柱PFC变换器的全范围ZVS实现方法。

背景技术

电力电子技术的应用可以大大提高电能变换装置的功率密度，有效减小装置的体积和重量。随着电力电子技术的快速发展，电力电子设备越来越多，而几乎每个电力电子设备都需要通过整流变换技术将交流电转换成直流电，为了减小负载谐波对电网及其它设备的相互影响，每个电子设备的输入电流谐波含量和功率密度都需要满足交流用电设备电流谐波要求。因此研究高效率和高功率密度的单相PFC(功率因数校正，Power FactorCorrection)变换器具有重要意义。

传统的单相Boost PFC电路在开关管导通或关断时，电路中总是由三个半导体器件导通，损耗较大，尤其是在低压大功率场合，影响了变换器效率的提升。为了进一步提高PFC电路的效率，业界和学术界提出了多种无桥PFC电路拓扑，其中图腾柱无桥PFC电路以其电路元器件少、导通损耗低、共模干扰小的优点具有很好的应用前景。该拓扑的主要问题在于电路中使用MOSFET的体二极管作为续流管，由于传统Si MOSFET的体二极管特性较差，反向恢复时间较长，使得开关管的损耗严重，因此图腾柱PFC通常推荐工作于断续导通模式(DCM)或者临界导通模式(CRM)模式。虽然GaN器件的出现一定程度上解决了上述问题，使得图腾柱PFC可工作在硬开关(CCM)模式。但由于GaN器件的开通损耗远大于其关断损耗，为了提高效率，硬开关模式下的开关频率也不能太高(通常小于120kHz)。为了进一步提升图腾柱PFC的功率密度，国内外学者针对图腾柱PFC变换器的零电压开关(ZVS，Zero VoltageSwitch)展开了广泛研究。有学者提出通过增加整流管的额外导通时间可以实现开关管的ZVS，但是该方法可以实现ZVS开通的时间只有开关管漏源极电压为零的一瞬间，几乎没有时间裕度。在漏源极电压为零瞬间的前后开通开关管，都无法实现真正的ZVS。且该方法没有考虑高频桥臂上下管驱动的死区时间对ZVS的影响，固定的死区时间会导致无法实现全范围的ZVS。还有文章提出通过控制整流管关断时的电感电流值可以精确控制ZVS时间裕度和开关频率，并实现了扩展ZVS控制和最大开关频率限制。但该文章同样没有考虑桥臂死区对实现全范围ZVS的影响，导致在固定死区下无法实现全范围的ZVS。可见传统方案往往未在全范围内实现ZVS，容易影响相应图腾柱PFC变换器的工作效果。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种图腾柱PFC变换器的全范围ZVS实现方法，以实现全输入和全负载范围内的高频开关管的ZVS开通，保证反向电感电流流经开关管体二极管的时间最小化，降低开关管的开通损耗，减少体二极管的导通损耗，从而在不影响输入电流波形的前提下，为实现GaN器件工作在MHz以上开关频率创造条件，可以显著减小电感尺寸和输入差模滤波器体积，有效提高变换器的功率密度。

为实现本发明的目的，提供一种图腾柱PFC变换器的全范围ZVS实现方法，包括如下步骤：

S10，对图腾柱PFC变换器中的电参数进行采样，得到图腾柱PFC变换器的输入交流电压u_in、输出直流母线电压U_O和Boost电感电流i_L；