基于MATLAB的Boost型功率因數校正電路的仿真分析

孟利明 王秀蓮

[摘 要]本文在傳統Boost型轉換器的基礎上,采用ZVT軟開關技術對其改進,并使用MATLAB軟件建立了仿真模型進行仿真分析。

[關鍵詞]軟開關 Boost型轉換器 功率因數校正

[中圖分類號]TN913[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0047-02

1 引言

為了滿足輸入電流諧波滿足要求減小對電網的污染,現今的開關電源都采用功率因數校正技術(PFC)。常見的功率因數校正轉換器主電路的拓撲結構有:降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、降/升壓式(Buck-Boost)、反激式(Flyback)等,其中因Boost變換器具有效率高、電路簡單、成本低等優點而等到廣泛的應用[1]。但傳統的Boost變換器采用的是硬開關PFC技術,使得開關損耗大、開關電流應力大和二極管開關噪音大。為彌補硬開關變換器的不足,人們不斷探討新型的Boost軟開關變換器,如零電壓過渡(ZVT-Boost)軟開關變換器和零電流過渡(ZCT-Boost)軟開關變換器。由于零過渡軟開關具有主開關為ZCS或ZVS、續流二極管為ZVS或ZCS、主開關和續流二極管的電流和電壓應力小及在寬范圍電源電壓和負載電流內均可滿足ZVS和ZCS條件,它們代表了目前軟開關變換技術的最新發展[2]。本文針對一種ZVT-Boost變換器,采用MATLAB/SIMULINK仿真軟件建立其仿真模型,并根據仿真圖形對其電流電壓進行了詳細的分析。

2 ZVT-Boost型變換器的設計

2.1 ZVT-Boost型變換器拓撲電路

圖 1 是ZVT-Boost變換器的拓撲電路。有圖可知,除在主開關加有諧振電容Cs外,在傳統的Boost變換器拓撲結構的基礎上還多了有 Cb、Cr、Lr、D1、D2、D5和輔助開關S2組成的諧振電路。

2.2 變換器工作過程

假設交流電源側電感足夠大,Lin >> Lr,開關頻率遠遠高于輸入正弦波頻率,則在一個開關周期內交流電源相當于一個直流電源[3]。圖2為主要波形示意圖。

[t0,t1]:t0時刻輔助開關管S2導通,Lr電流由零開始上升,二極管D4電流下降,至t1時刻,ILr上升的Iin ,而D4中的電流為0 。

[t1,t2]:t1時刻Cs開始放電,而Lr電流繼續上升,在t2時刻,Cs電壓降為0,Lr的電流達到最大值。

[t2,t3]:t2時刻由于Cs電壓降為0,所以Lr、Cr、D2、D1、S2和于S1的寄生二極管組成諧振電路,Lr開始放電,至t3時刻,Lr的電流降為Iin 。在這短時間內,S1零電壓導通。

[t3,t4]:t3時刻之后諧振電路中的電流低于輸入電流,S1的電流開始上升,至t4時刻S1的電流等于Iin,Lr的電路為0。

[t4,t5]:t4之后由Lr、Cr、Cb、D5和S1組成諧振電路,Cr開始放電,S2零電壓關斷。

[t5,t6]:在此階段變換器的工作過程和不加輔助電路時相同。

[t6,t7]:當主開關管S1關斷時,S1兩端的電壓等于輸出電壓于Cb兩端電壓只差,同時Cs充電,則S1屬于零電壓關斷。Cb通過D3向負載放電。

2.3 仿真結果

應用MATLAB進行仿真,電路仿真參數如下:輸入電壓220VAC,升壓電感Lin = 0.36mH ,諧振電感Lr = 8uH ,輸出濾波電容 Co = 1970uF,諧振電容 Cr = 10nF , Cs = 0.5nF , Cb = 0.1uF ,輸出電壓400V,在輸出端利用大電阻對輸出電壓進行采樣,利用雙環控制得出輸入電壓、輸入電流的波形,以及功率因數。圖3是ZVT-Boost變換器主開關S1兩端電壓波形,圖4是ZVT-Boost變換器功率因數波形。

2.4 分析結果

從仿真結果可得出住開關管零電壓導通,功率因數達到了0.9997,滿足目前的國際電工委員會制定的IEC61000-3-2標準。

3 結論

通過對ZVT-Boost變換器的仿真分析,可以得出如下結論:首先,ZVT軟開關技術可以

使主開關、輔助開關和續流二極管軟開關,從而減小開關損耗;其次,輔助電路減少了主開

關的電壓和電流應力,因而降低了對器件的性能要求。

參考文獻

[1] 華偉,金新民.大功率單相功率因數校正主電路方案[J].電工技術雜.1998,No.6:13-15.

[2] 張謬鐘.高功率因數軟開關電源研究[D].黑龍江:哈爾濱工程大學,2007:1-75.

[3] 潘飛溪,敬守勇.一種Boost 型PFC 電路控制芯片的設計[J].電子器件.2007,Vol.30,No.1:17-21.