基于可变电感的高品质DCM/CRM Boost PFC 变换器研究
批准号:
52077104
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
姚凯
依托单位:
学科分类:
电力电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚凯
中文摘要
DCM和CRM Boost PFC变换器广泛应用于中低功率交-直变换领域,但存在电感电流峰值高或开关频率变化范围宽等缺点,造成器件应力大、效率提升受限、EMI滤波器设计和交错并联控制困难等问题。本项目首先建立可变电感与偏置绕组及主绕组电流等参数间的数学模型,并给出其设计方法。其次,对于DCM和CRM,在保持单位功率因数的同时,分析能实现半个工频周期内的(准)满开关周期利用和(准)定开关频率的电感值连续或分段变化规则,推导其与输入电压、输出电压、输出功率、开关频率和输入电角度的关联函数。然后,在负载或输入电压跳变时,探究可使跳变前后开关管导通时间不变的新电感值,实现输出电压的稳定平滑过渡。最后,系统提出可变电感及主功率电路的控制方法,以达成高功率因数、高变换效率、优动态响应、易扩展设计目标。本思路也可推广至其他拓扑及DC/AC、DC/DC、AC/AC领域,研究成果具有重要理论意义和应用价值。
英文摘要
DCM and CRM boost PFC converters are widely used in the field of medium and low power AC-DC converter, but they have some disadvantages such as high peak value of inductor current or wide range of switching frequency variation, which lead to the problems of large device stress, limited efficiency improvement, difficulty in EMI filter design and interleaving parallel control. In this project, firstly, the mathematical model of variable inductance, bias winding and main winding current is established, and its design method is given. Secondly, for DCM and CRM, while maintaining the unit power factor, the rule of continuous or segmented change of inductance which can realize (quasi) full switch cycle utilization and (quasi) constant switching frequency in a half line cycle is analyzed, and its correlation function with input voltage, output voltage, output power, switching frequency and input electrical angle is deduced. Then, in case of load’s or input voltage’s step change, the new inductance which can make the conduction time of the switch unchanged before and after the step change is explored to realize the stable and smooth transition of the output voltage. Finally, the control method of variable inductor and main power circuit is proposed to achieve the goals of high power factor, high conversion efficiency, excellent dynamic response and easiness of expanding design. This idea can also be extended to other topologies and DC/AC, DC/DC, AC/AC fields. The research results have important theoretical significance and application value.
DCM Boost PFC变换器的电感电流峰值大,器件电流应力高,开关管关断及磁芯损耗大,进而影响变换效率。CRM Boost PFC变换器的开关频率在工频周期中连续变化,开关损耗大且变换效率的提升受限,EMI滤波器设计较困难,先进控制方式实现复杂,对交错并联控制不利;PFC变换器的动态响应慢。. 对此,提出了基于可变电感的高功率因数、高变换效率、优动态响应、易扩展设计的高品质DCM/CRM Boost PFC变换器,包括可变电感的建模与设计、电感值的变化规则及控制方法、占空比和导通时间的变化规则及控制方法,在保证输入功率因数为1的同时,实现DCM的电感电流峰值降至最低和CRM的开关频率固定或变化范围降至最小,且能达成PFC变换器在动态情况下的输出电压稳定平滑过渡。. 对磁材B-H曲线采用新的拟合方案,计算出不同磁柱的磁通、磁感应强度、磁场强度与主绕组电流和偏置电流之间的关联函数,建立三个磁柱的磁导率与辅助绕组电流及主绕组电流间的关系,解决了布劳尔方程无法求出磁柱磁导率的问题,得到更为准确的可变电感数学模型。. 使Boost PFC变换器主电感在工频输入电压的各个时刻呈现出不同值,并相应的改变占空比,使工频周期中的每个DCM开关周期都能实现利用率为1或CRM开关频率恒定,即电感电流临界导通,从而降低电感电流峰值和有效值,减小损耗,提高效率,并能保持输入电流为正弦形式。进一步地,通过控制电感在半个工频周期内最优分段变化,来实现开关周期利用率与电感变化范围的折中,既能减小宽范围输入电压下电感的变化范围,又能实现DCM较高的开关周期利用率和功率因数,或CRM开关频率的恒定及各种电感值段数下获得最高功率因数的最优分段电感值和分段时刻。. 提出了基于输出电压极值点的负载变化计算方法,分析了在工频周期中不同相角处由重载跳变为轻载、由轻载跳变为重载的输出电压极值点情况,总结输出电压极值特征,给出了快速得到负载变化倍数的计算机理。.
电力电子变换器输出电解电容ESR和C的非侵入式在线辨识关键技术研究
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批准号:51677091
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2016
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负责人:姚凯
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依托单位:
单相Boost PFC变换器中电解电容的参数在线监测及寿命延长机理研究
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批准号:51307085
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2013
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负责人:姚凯
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依托单位:
国内基金
海外基金