PFC拓扑的比较研究:交叉促进与图腾柱PFC拓扑

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介绍

随着越来越多的电动力设备连接到电网,电网可以创建问题的变形增加电气分销网络。为了减轻这些问题,电源设计要求先进的功率因数校正(PFC)电路符合严格的功率因数(PF)的标准。

最常用的功率因数校正拓扑结构是提高PFC,但宽禁带的出现(银行)半导体- GaN和碳化硅等,使bridgeless拓扑的实现像图腾柱曼宁此外,先进的图腾柱控制器等MPF32010简化了控制复杂的设计,比如交叉图腾柱曼宁这篇文章比较了这三种拓扑结构使用时在不同的应用程序。188比分直播吧

交叉促进PFC

交叉促进PFC功率因数校正是最常见的拓扑。这种拓扑使用提高变换器除了一个整流二极管桥,将交流电压转换为直流电压(见图1),然后提高转换器的步骤的电压更高的价值。这减少了输出电压纹波而形成电流为正弦波。

图1:交叉促进PFC示意图

功率因数校正可以通过使用一个提高转换器,但通常是两个或两个以上的转换器并联,用一个转换器之间的相移。这叫交叉,提高效率和降低了输入电流纹波。

Bridgeless图腾柱PFC

新型半导体材料电力开关——特别是碳化硅(SiC)——设计以前限于硅的热,现在电特性的可行性。这些设计之一是bridgeless图腾柱拓扑,集整改和提高阶段,使用两个切换分支,运行在不同的频率(见图2)。

图2:Bridgeless图腾柱PFC示意图

第一个分支,叫做缓慢的分支(SD1and SD2),在电网频率转换(如50 hz和60 hz之间)。这个分支使用传统硅开关和主要负责整流输入电压。第二个分支,叫做快速分支(Q1和Q2),形状当前同时加大电压。这个分支开关以非常高的频率(约100 khz)。高功率高的开关频率使更大的热、电压力开关,因此世行集团半导体器件,如碳化硅和氮化镓mosfet,需要转换器能够安全、高效地工作。

这种拓扑通常提供了一个改进的性能相比,交叉提高转换器。然而,额外的有源开关控制电路更加复杂。这个问题通常与集成的实施减轻图腾柱控制器。

交叉图腾柱PFC

提高效率的bridgeless图腾柱PFC,可以添加额外的高频分支创建一个交叉图腾柱曼宁额外的分支减少转换器的输出电压纹波和分发转换器的功率要求同样在所有分支。这最小化布局大小和总成本。

图3:交叉Bridgeless图腾柱PFC示意图

实验设计比较PFC拓扑

操作参数

比较拓扑结构在不同的情况下,一系列的仿真模型开发了两个力量的水平。结果类似,使用相同的系统规范(见表1)。

表1:系统规范

比较参数

关键参数被定义为比较不同的拓扑。下面将描述这些参数。

输入电流纹波(ΔI_在):ΔI_在表示输入电流的变化,是测量的最大和最小值之间的差异为单个开关输入电流。ΔI_在可以用方程(1)计算:

电流的总谐波失真(THD)_我):野_我是一个测量谐波失真存在于当前的输入,没有一个过滤器的存在。野_我可以估计方程(2):

感应能量指数(迅速)和电容能量指数(CEI):这些索引提供信息转换器的电感和电容需求单位的权力(见方程3和4)。这些参数是严格相关组件的最终尺寸和成本。迅速的与方程(3)可以计算:

CEI可以估计方程(4):

总开关电源指数(TSP):TSP比较变换器的电压和电流应力的半导体设备/动力装置(类似于硅等效面积)。TSP是高度相关的最终成本的硅设备转换器。TSP与方程(5)可以计算出:

效率(ƞ):效率比较的能量损失的功率因数校正电路。它计算输入功率之间的比例画的电路和电源在输出(见方程5)。效率决定了哪些拓扑经验最少的功率损耗。效率可以估计方程(6):

图腾柱PFC与交叉促进PFC的结果

第一个测试模拟这三个为300 w应用程序拓扑。这种功率通常用于电脑电源。第二个测试是执行3千瓦,这是一个更高的功率,通常用于应用程序,如电动汽车充电。188比分直播吧

比较每个拓扑拓扑可以产生一般的结论。然而,这些设计的性能很大程度上取决于所选择的设备和操作参数进行。因此,设计师必须认真考虑的设计实现,并在优化设计的应用程序。为了说明这一点,功率损耗进行了分析只考虑设备的损失,虽然类似的设备是用于所有拓扑。

图腾柱的PFC功率优势

当比较的拓扑结构,第一个关键方面是图腾柱PFC不包括整流桥,这减少了开关设备的数量。boost变换器的二极管桥总是进行,所以传导损失是一个非常重要的因素对于这个拓扑的效率。在低功率,电流转换器中相对较小,所以大多数的开关操作期间产生功率损耗。这就是为什么提高和图腾柱PFC拓扑有相似的效率为300 w应用程序(参见图4)。为简单起见,效率的比较了交叉促进和图腾柱之间的转换器,因为几乎没有区别的损失在传统和交188比分直播吧叉图腾柱的设计。