应用于1-MHzBoostPFC变换器的电流源驱动电路

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随着信息和半导体技术的快速发展,通信、计算机系统对电源的功率密度、体积和效率提出了更高的要求,高功率密度、高效率、低成本是今后分布式电源的发展趋势。功率因数校正电路作为分布式电源系统的前级,由于它本身具有若干体积较大的无源器件,因此,提高PFC电路的功率密度,可以有效提高整个电源系统的功率密度。对于连续电流模式的PFC变换器,提高电路的开关频率可以有效减小电路中磁性元件大小,同时,当开关频率超过400KHz,EMI滤波器体积也会进一步减小。理论和实验都证明,当Boost PFC变换器工作在1MHz频率时,电路的功率密度会得到很大的提高,而随着SiC、GaN等新器件的推出,也使得MHz变换器成为未来电力电子的发展趋势。目前,PFC变换器开关频率主要工作在100-200KHz,大幅度提高BoostPFC变换器开关频率的主要影响有:主电路开关损耗,主二极管反向恢复损耗,驱动损耗都会随着频率的提高而增加。其中,最主要问题就是主电路开关损耗急剧增加,会产生散热、稳定性问题。针对高频PFC变换器的上述缺点,本文提出自适应电流源驱动技术。由于PFC变换器占空比在一个输入工频周期内不断变化,半桥结构电流源驱动拓扑很难应用于PFC电路中。为了解决这个问题,全桥结构电流源驱动拓扑被运用到高频PFC变换器中。全桥结构电流源驱动电路根据驱动电流的情况分为两种类型,连续性和断续型。本文详细分析了它们的工作原理,介绍控制策略及其实现方法,给出损耗分析和设计方法。相比于传统的电压源驱动方式,电流源驱动电路可以有效减小高频PFC变换器开关损耗,提高变换器整体效率。此外,该驱动电路不仅可以有效减少高频PFC变换器开关损耗,而且驱动电流会随着主功率MOSFET开关电流变化而变化,实现自适应控制,最终可以实现1MHz PFC变换器开关损耗和驱动损耗最优化。本文最后给出了连续型和断续型电流源驱动电路分别应用于高频Boost PFC变换器时,其在开关损耗,驱动损耗以及自适应控制等方面的综合对比,并给出最优设计结果。为验证理论分析的正确性,在实验室研制了两台1MHz/300W的Boost PFC原理样机,并给出实验结果和分析过程。
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