基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析

孟利明 王秀莲

[摘 要]本文在传统Boost型转换器的基础上,采用ZVT软开关技术对其改进,并使用MATLAB软件建立了仿真模型进行仿真分析。

[关键词]软开关 Boost型转换器 功率因数校正

[中图分类号]TN913[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)11-0047-02

1 引言

为了满足输入电流谐波满足要求减小对电网的污染,现今的开关电源都采用功率因数校正技术(PFC)。常见的功率因数校正转换器主电路的拓扑结构有:降压式(Buck)、升压式(Boost)、降/升压式(Buck-Boost)、反激式(Flyback)等,其中因Boost变换器具有效率高、电路简单、成本低等优点而等到广泛的应用[1]。但传统的Boost变换器采用的是硬开关PFC技术,使得开关损耗大、开关电流应力大和二极管开关噪音大。为弥补硬开关变换器的不足,人们不断探讨新型的Boost软开关变换器,如零电压过渡(ZVT-Boost)软开关变换器和零电流过渡(ZCT-Boost)软开关变换器。由于零过渡软开关具有主开关为ZCS或ZVS、续流二极管为ZVS或ZCS、主开关和续流二极管的电流和电压应力小及在宽范围电源电压和负载电流内均可满足ZVS和ZCS条件,它们代表了目前软开关变换技术的最新发展[2]。本文针对一种ZVT-Boost变换器,采用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立其仿真模型,并根据仿真图形对其电流电压进行了详细的分析。

2 ZVT-Boost型变换器的设计

2.1 ZVT-Boost型变换器拓扑电路

图 1 是ZVT-Boost变换器的拓扑电路。有图可知,除在主开关加有谐振电容Cs外,在传统的Boost变换器拓扑结构的基础上还多了有 Cb、Cr、Lr、D1、D2、D5和辅助开关S2组成的谐振电路。

2.2 变换器工作过程

假设交流电源侧电感足够大,Lin >> Lr,开关频率远远高于输入正弦波频率,则在一个开关周期内交流电源相当于一个直流电源[3]。图2为主要波形示意图。

[t0,t1]:t0时刻辅助开关管S2导通,Lr电流由零开始上升,二极管D4电流下降,至t1时刻,ILr上升的Iin ,而D4中的电流为0 。

[t1,t2]:t1时刻Cs开始放电,而Lr电流继续上升,在t2时刻,Cs电压降为0,Lr的电流达到最大值。

[t2,t3]:t2时刻由于Cs电压降为0,所以Lr、Cr、D2、D1、S2和于S1的寄生二极管组成谐振电路,Lr开始放电,至t3时刻,Lr的电流降为Iin 。在这短时间内,S1零电压导通。

[t3,t4]:t3时刻之后谐振电路中的电流低于输入电流,S1的电流开始上升,至t4时刻S1的电流等于Iin,Lr的电路为0。

[t4,t5]:t4之后由Lr、Cr、Cb、D5和S1组成谐振电路,Cr开始放电,S2零电压关断。

[t5,t6]:在此阶段变换器的工作过程和不加辅助电路时相同。

[t6,t7]:当主开关管S1关断时,S1两端的电压等于输出电压于Cb两端电压只差,同时Cs充电,则S1属于零电压关断。Cb通过D3向负载放电。

2.3 仿真结果

应用MATLAB进行仿真,电路仿真参数如下:输入电压220VAC,升压电感Lin = 0.36mH ,谐振电感Lr = 8uH ,输出滤波电容 Co = 1970uF,谐振电容 Cr = 10nF , Cs = 0.5nF , Cb = 0.1uF ,输出电压400V,在输出端利用大电阻对输出电压进行采样,利用双环控制得出输入电压、输入电流的波形,以及功率因数。图3是ZVT-Boost变换器主开关S1两端电压波形,图4是ZVT-Boost变换器功率因数波形。

2.4 分析结果

从仿真结果可得出住开关管零电压导通,功率因数达到了0.9997,满足目前的国际电工委员会制定的IEC61000-3-2标准。

3 结论

通过对ZVT-Boost变换器的仿真分析,可以得出如下结论:首先,ZVT软开关技术可以

使主开关、辅助开关和续流二极管软开关,从而减小开关损耗;其次,辅助电路减少了主开

关的电压和电流应力,因而降低了对器件的性能要求。

参考文献

[1] 华伟,金新民.大功率单相功率因数校正主电路方案[J].电工技术杂.1998,No.6:13-15.

[2] 张谬钟.高功率因数软开关电源研究[D].黑龙江:哈尔滨工程大学,2007:1-75.

[3] 潘飞溪,敬守勇.一种Boost 型PFC 电路控制芯片的设计[J].电子器件.2007,Vol.30,No.1:17-21.