一种基于新型无桥Boost PFC的通信电源AC-DC变换器

1、 - 128 - 电力系统保护与控制 电感电流采样电路 V+ D2 D1 D8 2 1 C6 22uF AC V+ Bridge AC V4 3 C7 2.2uF 1 U1 Vin P-GND VA-OUT VFE ED VRMS VCC 图 15 和图 16 是 PFC 负载变化时的动态响应。 为便于观察，将输入电流放大了 10 倍。仿真表明， 负载变化时，交流输入电流仍能迅速跟踪交流输入 电压，同时输出电压也能保持稳定。当负载电阻变 为 480 时，电流的幅值为 3.85 A，总谐波畸变为 4.07%，功率因数校正到 0.999 17；而负载电阻变为 160 时，基波电流的幅值变为 10.

2、27 A，总谐波畸 变为 3.85%，功率因数校正到 0.999 26。并且从输 入电流的 FFT 分析可知，三次谐波分量略有增加， 控制效果良好。 供电电源电路 LM7815 Vout 3 GND 2 V15 V- C8 1uF T1 Cr1 Lr1 D3 R1 R2 JP1 2 1 Q1 IGBT-N D4 D5 C1 R3 Ro1 Uf R4 ovp JP2 1 2 Q2 IGBT-P R7 D6 R5 R6 电 压 包 络 采 集 电 路 R8 R10 R9 R11 Iac C4 C5 R13 IAC C3 C2 Iac Vr Uf V15 R12 13 14 平均电流控制电路 19

3、Vr 7 4 1 D7 OVP GDRV LFF 3 20 6 11 ovp R14 16 FREQ-MOD MULT-OUT CA-OUT 电压前馈电路 15 P-UVLO *1L4981 ISENSE S-GND COSC ROSC 17 R19 VREF SS 12 2 IPK 8 5 9 18 R15 R16 C9 R17 R18 C10 C11 C12 V+ V- 图 17 实验样机硬件电路图 Fig. 17 Hardware circuit diagram of prototype 图 18 实验样机模型 Fig. 18 Model of experimental prototyp

4、e 图 16 负载增大时的 PFC 仿真波形 Fig. 16 PFC simulation waveforms when load decreases (load resistance R=160 4 系统实验与分析 从图 19 可知，在加入 PFC 前电流波形呈尖脉 冲， 存在明显的畸变， 如图19(a； 而在加入 PFC 后， 电流波形接近正弦波， 如图 19(b， 功率因数大大改 善。 在仿真的基础上，以平均电流控制方式芯片 L4981 设计了一台 500 W 的用于通信电源前级电路 的新型无桥 Boost PFC 实验样机，其硬件电路图如 图 17 所示。输入电压 220 V，工频 5

5、0 Hz，输出电 压为直流 400 V， 负载电阻 320 ， 控制电路和开关 频率设为 100 kHz，其他参数与仿真模型相同。其 样机如图 18 所示。 得到加入 Boost PFC 前后的电路 的输入波形如图 19 所示。 输入电流和电压波形如图 20 所示，输出电压波形如图 21 所示。 (a 加入无桥 Boost PFC 前的输入电流波形 R20 10 陈 勇，等 一种基于新型无桥 Boost PFC 的通信电源 AC/DC 变换器设计 - 129 - 5 结论 (b 加入无桥 Boost PFC 后的输入电流波形 图 19 加入无桥 Boost PFC 前后的输入电流波形 Fig.

6、 19 Input current waveform before and after adding the bridgeless Boost PFC 本文设计了一种基于新型无桥 Boost PFC 的通 信电源 AC/DC 变换器，详细分析了其工作原理。 在对平均电流算法进行了理论分析后，并对其进行 建模和仿真研究。在仿真的基础上，采用平均电流 控制方式芯片 L4981 设计了一台 500 W 的实验样 机，进行了实验验证，仿真和实验结果表明，该变 换器具有高输入功率因数，低输入电流谐波和低输 出电压纹波，从而验证了设计方案的正确性和可行 性。 参考文献 1 陈福, 王武, 蔡逢煌. 基于双

7、 Boost 拓扑结构的 PFC 策 略研究J. 通信电源技术, 2011, 28(3: 18-24. CHEN Fu, WANG Wu, CAI Feng-huang. Research on the control strategy of PFC based on topology of double-boostJ. Telecom Power Technolog, 2011, 28(3: 18-24. 2 YANG Xi-jun, WANG Han, et al. Theoretic analysis and experimental study of a novel bridgeles

8、s partial active PFCC / International Conference on Electrical Machines and Systems, 2008. ICEMS 2008: 1179-1184. 3 张振华, 江道灼. 基于 MMC 拓扑的 UPFC 控制策略仿 真研究J. 电力系统保护与控制, 2012, 40(3: 73-74. ZHANG Zhen-hua, JIANG Dao-zhuo. Control strategy 图 20 中，输出电压为衰减 10 倍后波形，由图 可知输入电流能够很好地跟踪输入电压，输入电流 图 20 谐波较少，PF 值高，达到

9、 0.99。 图 20 输入电压电流波形(幅值大的是电压波形 Fig. 20 Waveforms of input voltage and current (voltage waveform has big amplitude simulation of UPFC based on modular multilevel convertersJ. Power System Protection and Control, 2012, 40(3: 73-74. 4 杜志勇, 王鲜芳, 冯星辉. 一种新型的单级功率因数 校正 AC/DC 变换器的设计J. 电力系统保护与控制, 2010, 38(15:

10、 110-113. DU Zhi-yong, WANG Xian-fang, FENG Xing-hui. Design of a novel AC/DC converters with single-stage power factor correctionJ. Power System Protection and Control, 2010, 38(15: 110-113. 5 陶玉波, 田虎, 杨承志, 等. 无桥拓扑有源 PFC 的理论 和仿真研究 J. 电力系统保护与控制 , 2011, 39(13: 83-90. TAO Yu-bo, TIAN Hu, YANG Cheng-zhi, et al. Theoretic and simulation study of bridgeless topology active