变电压DBPFC与Boost PFC效率分析与对比_10.31

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变电压DBPFC与BoostPFC效率分析与对比报告人:曹玲玲导师:陈乾宏教授2研究背景变输出电压实现方案DBPFC损耗分析实验结果及小结3研究背景变输出电压实现方案DBPFC损耗分析实验结果及小结4D1D4D2D3CfvacLbSDVORL+-D1D4D2D3CfvacLbSDVORL+-D1D4D2D3CfvacLbSDVORL+-BoostPFC(a)S开通等效电路vac0(b)S关断等效电路vac05vacD2CRLVo+-S1S2D1L1L2vacD2CRLVo+-S1S2D1L1L2vacD2CRLVo+-S1S2D1L1L2DBPFC(DualBoostPFC)[1]RobertoMarinezandPhasadN.Enjeti.AHigh-PerformanceSinglePhaseRectifierwithInputPowerFactorCorrection[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,1996,11(2):311-317.(a)S1开通等效电路vac0(b)S1关断等效电路vac0DBPFC比BoostPFC减小了一个管子的压降6vacD2CRLVo+-S1S2D1L1L21inoVDV[3]李东,阮新波.高效率的Boost型功率因数校正预调节器[J].中国电机工程学报,2004,24(10):153-156.低压输入功率开关管损耗大12oinVkVk变输出电压控制(VVB)开关管导通损耗减小开关管开通损耗减小7研究背景变输出电压实现方案DBPFC损耗分析实验结果及小结8方案1—运算放大器变基准双Boost开关单元VACVoL1L2电压环电流环输入电压过零检测电流检测PWM比较器驱动非线性模块逻辑电路Gs1Gs2ICE2PCS01VsenseR1R2Vref=3VVorefA9双Boost开关单元VACVoL1L2电压环电流环输入电压过零检测电流检测PWM比较器驱动非线性模块逻辑电路Gs1Gs2ICE2PCS01VsenseR1R2Vref=3V整流桥采样及滤波电路VorefVinref反相器-kVorefA方案1—运算放大器变基准123()()orefinrefVVkVk10双Boost开关单元VACVoL1L2电压环电流环输入电压过零检测电流检测PWM比较器驱动非线性模块逻辑电路Gs1Gs2ICE2PCS01VsenseR1R2Vref=3V整流桥采样及滤波电路反相器Voref-VinrefAR3321213231212////3()()////()()orefinreforefinrefRRRRVVVRRRRRRVkVk方案2—电压源抽流11研究背景变输出电压实现方案DBPFC损耗分析实验结果及小结12变换器的损耗Ploss开关管损耗Pmos导通损耗Pmos_on开通损耗Pmos_turn_on关断损耗Pmos_turn_off续流MOS管损耗Pfw导通损耗Pfw二极管损耗Pd导通损耗Pfd开关损耗Pfd_sw13vacD2CRLVo+-S1S2D1L1L2占空比计算1LinSuuu__sin(cos1)LinpkLinpkLoLIVtVtD__cossin()1LinpkLinpkLoLItVtDtVS1开通等效电路vac0140.5_02_()(2sin)()inpkTmosonLdsonItTtPtDdR开关管损耗Pmos开关管损耗Pmos导通损耗Pmos_on开通损耗Pmos_turn_on关断损耗Pmos_turn_off令T为工频周期、Ts为开关周期15开关管损耗Pmos导通损耗Pmos_on开通损耗Pmos_turn_on关断损耗Pmos_turn_off开关管损耗Pmos0.5_01(sin)22arinpkLRRoTvsittItItTVPdT0.502122TcossosPdtCVTf令T为工频周期、Ts为开关周期交叠损耗Pvi容性开通损耗Pc16开关管损耗Pmos__sin(,)sininpkLsinpkLfItqitqItt_0sin1(,)qinpkLsossfItqvtqdqCt开关管损耗Pmos导通损耗Pmos_on开通损耗Pmos_turn_on关断损耗Pmos_turn_off令T为工频周期、Ts为开关周期_0(,)1(,)fmosoffssstdqTitqvtpq0.5__0_2TmosturnoffmosoffpPdtT17续流MOS管损耗Pfw续流MOS管损耗Pfw导通损耗Pfw2_0()0.5(sin)2inpkLdsofnTwItTRPdt18二极管损耗Pd0.50_(sin)2[1()]TinpkLffdPdtTItVDt0.5_0122boRRsTfdswtVITPdtT二极管损耗Pd导通损耗Pfd开关损耗Pfd_sw19研究背景变输出电压控制策略变电压DBPFC损耗分析实验结果及小结20实验参数变电压DBPFC参数BoostPFC参数输入电压有效值Vin=90V~265VVin=90V输出电压Vo=200V~380VVo=380V输出功率Po=800WPo=800W开关频率fs=136kHzfs=136kHz电感L1=L2=100uHL1=200uH输出电容C=470μH/250V×2C=470μH/250V×2开关管IRFP460C×2(Rds(on)=0.24Ω@25C,tr=150ns,tf=180ns)IRFP460C×2DBPFC二极管/Boost整流桥STPSC806D×2(Vf=1.4V@25C)40EPS12(Vf=1V@25C)21实验波形nin:[40V/div]i1[10A/div]Time:[2ms/div]DBPFC输入电压和输入电流波形@Vin=90V,PO=800W22输入电压(V)效率(%)91929394959697989990115140165190215240265变输出恒定输出两种控制方式的效率曲线0.9880.9890.990.9910.9920.9930.9940.9950.9960.9970.9980.99990115140165190215240265变输出恒定输出输入电压(V)PF两种控制方式的PF曲线DBPFC两种控制方式效率曲线对比2%23899091929394959697100200300400500600700800900传统Boost无桥Boost输出功率(W)效率(%)低压输入两种拓扑的效率曲线0.970.9750.980.9850.990.9951100200300400500600700800900PF传统Boost无桥Boost输出功率(W)低压输入两种拓扑的PF曲线4%变电压DBPFC与BoostPFC效率曲线对比240102030405060损耗(W)开关管导通损耗开关管开通损耗开关管关断损耗DBPFC续流管/PFC整流桥二极管导通损耗二极管开关损耗DBPFCVout=200VDBPFCVout=380VPFCVout=380V损耗柱状图0102030405060损耗(W)开关管导通损耗开关管开通损耗开关管关断损耗DBPFC续流管/PFC整流桥二极管导通损耗二极管开关损耗DBPFCVout=200VDBPFCVout=380VPFCVout=380VBoostPFC90.1%DBPFC(380V)90.8%DBPFC(200V)93.6%效率计算值25小结本文综合变输出电压控制方法和DBPFC的优点,给出采用ICE2PCS01变输出电压的具体实现方案,并研制了两台样机,对800WVVB-DBPFC和传统BoostPFC进行损耗分析和效率对比。实验结果表明低压输入时变输出电压DBPFC在全负载范围内效率可提高4%。26谢谢各位专家,欢迎批评指正!

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