低附加电压零电压开关无桥功率因数校正器的调制方法

摘要

本发明提供了一种低附加电压零电压开关无桥功率因数校正器及调制方法，包括功率因数校正器直流侧负载，直流侧电容，交流滤波电感，由两个有反并联二极管的全控主开关构成的一个桥臂，和一个由两个二极管串联构成的另一个桥臂，在直流侧电容和由二极管构成的桥臂侧直流母线之间接入由反并联二极管的辅助开关，主开关和辅助开关两端并联电容，桥臂上的二极管两端并联电容，辅助开关两端跨接谐振电感，谐振电感与跟辅助开关串联的箝位电容共同组成谐振支路。本发明结构简单，开关损耗小，电路效率高，有利于提高工作频率，进而提高功率密度。

主权项

一种低附加电压零电压开关无桥功率因数校正器的调制方法，其特征在于：所述低附加电压零电压开关无桥功率因数校正器包括功率因数校正器直流侧负载R，直流侧电容C，由两个主开关S₁、S₂构成的一个桥臂，由两个二极管D₃、D₄构成另一个桥臂，接在所述一个桥臂中点与交流电网之间的输入滤波电感L，其中：两个主开关S₁、S₂分别有反并联二极管D₁、D₂，两个主开关S₁、S₂分别并联第一电容C₁、第二电容C₂，两个二极管D₃、D₄分别并联第三电容C₃、第四电容C₄，直流侧电容C和二极管串联而成的桥臂侧直流母线之间接入有反并联二极管D₅的辅助开关S₅与箝位电容C_c构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感L_r，辅助开关S₅的两端并联第五电容C₅，谐振电感L_r与箝位电容C_c共同组成谐振支路；所述辅助开关S₅集电极与箝位电容C_c一端相连，箝位电容C_c另一端与直流侧电容C正端相连，发射极与二极管桥臂正母线相连，谐振电感L_r一端与二极管桥臂正母线相连，另一端与直流侧电容C正端相连；所述主开关S₁、S₂采用正弦波脉宽调制方法，辅助开关S₅调制信号与主开关S₁、S₂调制信号同步；辅助开关S₅在主开关S₁、S₂从二极管换流到主开关S₁、S₂之前关断，为主开关S₁、S₂创造零电压开通条件；在辅助开关S₅关断的短暂时间内，通过谐振支路的作用，使谐振电感存储足以实现功率因数校正器零电压开关的能量；功率因数校正器工作状态分成正负两个半周期：在正半周的一个开关周期内，共有8个工作状态：阶段1(t₀‑t₁):t₀时刻，主开关S₁和辅助开关S₅处于导通状态；由主开关S₁的反并联二极管D₁、由辅助开关S₅和谐振电感Lr及箝位电容Cc组成的辅助箝位支路、和二极管D₄组成环路，谐振电感Lr的电流逐渐增大；阶段2(t₁‑t₂):t₁时刻，辅助开关S₅关断，谐振电感L_r给主开关S₂的并联电容C₂和二极管D₃的并联电容C₃放电，给辅助开关S₅的并联电容C₅充电，辅助开关S₅零电压关断；到t₂时刻，主开关S₂的并联电容C₂和二极管D₃的并联电容C₃两端电压谐振到零，主开关S₂的反并联二极管D₂开始导通，谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc；到t₂时刻，谐振电感L_r和主开关S₂的并联电容C₂、二极管D₃的并联电容C₃、辅助开关S5的并联电容C₅谐振完成，主开关S₂能够实现零电压开通；阶段3(t₂‑t₃):t₂时刻，主开关S₁驱动信号关断，主开关S₁的反并联二极管D₁仍然处于导通状态；谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc，谐振电感L_r电流线性减小；阶段4(t₃‑t₄):t₃时刻，驱动主开关S₂实现零电压开通；主开关S₂与主开关S₁的反并联二极管D₁换流，主开关S₁的反并联二极管D₁经历反向恢复过程，由于谐振电感L_r的存在，主开关S₁的反并联二极管D₁反向恢复电流被抑制；谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc，谐振电感L_r电流线性减小；阶段5(t₄‑t₅):到t₄时刻，主开关S₂导通；从t₄时刻，谐振电感L_r开始和主开关S₁的并联电容C₁、二极管D₃的并联电容C₃、辅助开关S₅的并联电容C₅谐振，主开关S₁并联电容C₁和二极管D₃的并联电容C₃电压开始增加，辅助开关S₅的并联电容C₅电压减小，到t₅时刻，辅助开关S₅的并联电容C₅电压减小到零，辅助开关S₅的反并联二极管D₅导通，辅助开关S₅能够实现零电压开通；阶段6(t₅‑t₆):到t₅时刻，谐振电感L_r和主开关S₁的并联电容C₁、二极管D₃的并联电容C₃、辅助开关S₅的并联电容C₅谐振停止，主开关侧母线电压为V_dc；交流电网与主开关S₂、二极管D₄形成电流环路；阶段7(t₆‑t₇):到t₆时刻，主开关S₂关断，滤波电感L中的电流给主开关S₂的并联电容C₂充电，给主开关S₁的并联电容C₁放电，由于主开关S₂的并联电容的存在，主开关S₂实现零电压关断；到t₇时刻，主开关S₁的反并联二极管D₁箝位，主开关S₁能够在零电压条件下开通；阶段8(t₇‑t₈):到t₇时刻，主开关S₁驱动信号开通，主开关S₁的反并联二极管D₁导通，t₈时刻与t₀时刻电路状态相同，重复下一个周期；在负半周的一个开关周期内，共有8个工作状态：阶段1(t₀‑t₁):t₀时刻，主开关S₂和辅助开关S₅处于导通状态；由主开关S₂的反并联二极管D₂、由辅助开关S₅和谐振电感Lr及箝位电容Cc组成的辅助箝位支路、和二极管D₃组成环路，谐振电感Lr的电流逐渐增大；阶段2(t₁‑t₂):t₁时刻，辅助开关S₅关断，谐振电感L_r给主开关S₁的并联电容C₁和二极管D₄的并联电容C₄放电，给辅助开关S₅的并联电容C₅充电，S₅零电压关断；到t₂时刻，主开关S₁的并联电容C₁和二极管D₄的并联电容C₄两端电压谐振到零，主开关S₁的反并联二极管D₁开始导通，谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc；到t₂时刻，谐振电感L_r和主开关S₁的并联电容C₁、二极管D₄的并联电容C₄、辅助开关S5的并联电容C₅谐振完成，主开关S₁能够实现零电压开通；阶段3(t₂‑t₃):t₂时刻，主开关S₂驱动信号关断，主开关S₂的反并联二极管D₂仍然处于导通状态；谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc，谐振电感L_r电流线性减小；阶段4(t₃‑t₄):t₃时刻，驱动主开关S₁实现零电压开通；主开关S₁与主开关S₂的反并联二极管D₂换流，主开关S₂的反并联二极管D₂经历反向恢复过程，由于谐振电感L_r的存在，主开关S₂的反并联二极管D₂反向恢复电流被抑制；谐振电感L_r端电压被箝位为功率因数校正器直流侧电压V_dc加上箝位电容C_c两端的电压V_Cc，谐振电感L_r电流线性减小；阶段5(t₄‑t₅):到t₄时刻，主开关S₁导通；从t4时刻，谐振电感L_r开始和主开关S₂的并联电容C₂、二极管D₄的并联电容C₄、辅助开关S₅的并联电容C₅谐振，主开关S₂的并联电容C₂和二极管D₄的并联电容C₄电压开始增加，辅助开关S₅的并联电容C₅电压减小，到t₅时刻，辅助开关S₅的并联电容C₅电压减小到零，辅助开关S₅的反并联二极管D₅导通，辅助开关S₅能够实现零电压开通；阶段6(t₅‑t₆):到t₅时刻，谐振电感L_r和主开关S₂的并联电容C₂、二极管D₄的并联电容C₄、辅助开关S₅的并联电容C₅谐振停止，主开关侧母线电压为V_dc；交流电网与主开关S₁、二极管D₃形成电流环路；阶段7(t₆‑t₇):到t₆时刻，主开关S₁关断，滤波电感L中的电流给主开关S₁的并联电容C₁充电，给主开关S₂的并联电容C₂放电，由于主开关S₁的并联电容的存在，主开关S₁实现零电压关断；到t₇时刻，主开关S₂的反并联二极管D₂箝位，主开关S₂能够在零电压条件下开通；阶段8(t₇‑t₈):到t₇时刻，主开关S₂驱动信号开通，主开关S₂的反并联二极管D₂导通，t₈时刻与t₀时刻电路状态相同，重复下一个周期。