单级桥式PFC电路功率变压器偏磁产生机理分析.pdf单级桥式PFC电路功率变压器偏磁产生机理分析pd

文件名称: 单级桥式PFC电路功率变压器偏磁产生机理分析.pdf

所属分类: 其它

开发工具:

文件大小: 1mb

下载次数: 0

上传时间: 2019-09-14

提供者: weixin_********

下载 (1mb)

不能下载？报告错误

详细说明：单级桥式PFC电路功率变压器偏磁产生机理分析pdf,提出一种单级全桥软开关功率因数校正电路,它采用移相控制方式,能同时实现功率因数校正、软开关、输出电压调节和电气隔离.但由于电路特殊的控制方式和所要实现的功率因数校正功能,该校正电路中的功率变压器除存在普通全桥变换器产生偏磁的原因外,还存在产生偏磁的特殊因素.本文在分析变换器的电路结构和工作原理之后,对偏磁的产生机理进行了分析,指出了该变换器影响偏磁大小的各种因素,并给出一种解决措施,可有效抑制偏磁的产生,最后的仿真和实验证明了理论分析的正确性第9期贲洪奇,等:单级桥式PFC电路功率变压器偏磁的产生机理分析 1217 2.3偏磁产生机理分析 s+-!+2 假设全桥电路工作在理想状态,即忽略普通全桥变换器中造成偏磁的各种因素.通过对图2 的控制信号时序图的分析可知,在高频变压器原边所加约电压为正、负脉冲电压,变压器的磁感应 U年强度也是按相同频率周期变化因为副边的电压钳位,该方波的幅值相同,如果正负向电压脉冲的宽度再相等则变压器的磁感应强度正负对称没有偏磁产生但是图1所示的功率因数校正电路 Br 的占空比为式(2)所示的形式变压器的方波信号正负宽度并不相等,由此可知,该电路有产生偏磁的可能性 B.B⊥ 月设B为磁感应强度正的最大值,B为磁感4第-1到1+3个开关周期变压器磁感应强度应强度负的最大值,其方波的嘔值为nUo,变压24总的偏磁量器原边匝数为N1,变压器原边磁路等效面积为根据式(3),可以求出在1/4工频周期内(很 A 小可以忽略)变压器磁芯的磁感应强度总的正偏如图4所示假设半个工频周期内,第j个开磁量关周期,变压器原边所加电压为正脉冲,即S3,S △Bn= 导通,则 N1A 2GTs-3OTsy 一般的PHC电路,开关频率都很高,为了减小 Bq-1)+ 电感的体积,入端电感取值也较小.所以l《 nUn(1·D,+1)T Ui,从式(5)看出,总的偏磁量主要和输入电压峰 Bg(j+1)=Bi NIA2 值开关频率、变压器原边匝数及磁芯截面积有关 nUo(l- D2)Ts BpU+2)= Bg(j-1 如果有以下实验参数:Ts=10μs,Uin=310V,ln NIA 由以上三式及式(2)的占空比表达式可得 =4A,L=0.5mH,N1=30,A。=5cm2,则根据式(5)计算的偏磁量有:△B=0.206T如果选择的 TS F P(J+2!-Dpj NIAe [ sin(t;+2 铁氧体磁芯的最大磁感应强度设计为0.3T,那么该 sin (Gt 变压器磁芯就有饱和的危险 Ts F 2.5偏磁的抑制策略 Bq(j+l)=B(-1)+ rsin(at N1 A 在全桥电路中,为抑制该直流分量通常可采 sin(o 4)取:(1)检测该直流分量,在其出现正的(或负的) 在式2)所示的占空比表达式中,当=分量时,减小相应开关管的导通时间;(2采用瞬 θ+2+n时D有最小值,而且在时电流控制技术来保证S1、S4导通期末的电流与 +m/2+m范围内,D单调递减,而在4S:导通期末的电流相同:3)在高频变压器原 [0+/2+n,(n+1)I-分7范围内,则是边电路中串隔直电容.(4变压器铁芯加气隙提单调递增.由此从式(3)、4)可以看出,变压器正高变压器抗直流偏磁的能力向磁感应强度B在t属于比较适合图1电路的是办法(3)即在高频变 m,0+m2+n范围时是递增的,当G,=压器原边电路中串隔直电容,由该电容承担其中 +巧/2+n时,Bn达到最大值而在该区间内变的直流分量,使得变压器原边正负半周的伏秒数压器负向磁感应强度B则刚好相反,是越来越相等所串联的电容应该是无极性薄膜电容,为小、.说明在该区间内有偏磁产生.在区间减少发热损耗其等效串联电阻应尽量小,必要时 [0+I/2 +nI (n+1)I.TS J内,则是B1越也可以采用多个井联.隔直电容的容量一般按来越小,B越来越大,如果半个工频周期内第;下原则选取C=1/(21x)2L), 个开关周期变压器原边所加电压为负脉冲,即式中:L为副边电感∫R为隔直电容和原边等效 S4,S1导通,则磁感应强度变化正好与以上分析电感的谐振频率,一般选R≈1/10f 相反隔直电容的工作电压可由vc=(lp7s/2C o1994-2009chinaAcademicJoumalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net l218 哈尔滨工业大学学报第36卷算出.式中:为变压器原边电流的最大值,Vc为 500V 变压器原边电压峰值,一般要求Vc≤(5~ oV l0)%V ny 500V 10Y N2537N200347 3仿真和实验分析为了验证对单级桥式PFC电踣偏磁产生机理的理论分析,利用 pspice9.2进行了仿真,并且 34.934,993501 V2187N2m342 设计了实验电路图5(a)是控制电路芯片UC3854的电流误差 d变压器原边电压波形放大图放大器的输出信号,它基本上按正弦规律变化,该图5变换器仿真波形信号与频率为10kH的锯齿波分别加到比较器的由于偏磁的存在加了隔直电容后加在变压正反向输入端,就会产生占空比按正弦规律变化器上的方波电压问上平移.同时由于使用隔直电的控制信号如图5(b)所示.该信号经移相电路, 容来消除偏磁是一个动态平衡的过程,所以方波就能得到接图2所示时序关系变化的4个MOS 电压的偏移量会随着偏磁量的大小而变化,从图管的驱动信号.因为控制信号的占空比按正弦规5可知在控制信号的占空比最小的时候该直流律变化,所以就会产生上文所分析的偏磁现象偏移量达到最大值图5中的c)和(是加隔直电容后占空比分别为图6是实验波形,其中图6(a)是实验电路中 82%35%的变压器原边电压波形(上面)图中的UC3854电沇误差放大器输出波形(上面),下面下面部分则为它们在0点电压处的放大波形是地线.图6(b)是加隔直电容后变压器原边电压波形在地线(中间)附近的部放大图,从图中可知加隔直电容后变压器原边电压波形由地线往 8V 上平移了一段距离.从图5,6可以看出,仿真和 6v 实验有很好的一致性 2V 3032343638 a)电流误差放大器的输出信号 80V 40V 10VrY0N12443 5pa/格 I/us a电流误差放大器输出波形 sV 30900 3094030980 VOU6A:) V(NI21592) (b)占空比变化规律 500V 0vry02152034 5ps/格 p 〔b)变压餐原边电压波形放大图6实验波形 SEL>> 306328306500306700306000 V2587N200342 4结论 c)变压器原边电压波形 1)提岀的单级全桥软开关功率因数校正电 O1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 第9期贲洪奇,等:单级桥式PFC电路功率变压器偏磁的产生机理分析 1219 路,在不增加电路复杂程度的前提下同时实现功 Co mparison betwean current driven resonant converters 率因数校正、软开关输出电压调节和电气隔离 used for single stage isolated power-factor correction 2)在任何1/4工频周期内(θ很小可以忽略) [A. IEEE Transactions on Power Electronics[c]. s 变压器的磁芯都会产生偏磁,虽然在1/2的工频 1.I:[s. 2000.518-524 周期内,该偏磁有一定的自平衡能力,但是如果不 [2]GALLO CA, CORREAJ A, FREITAS L C. An unity 采取一定措施将影响电路的正常运行. high power factor power supply rectifier using A PWM AC DC full bridge soft-gwithch [A]. IEEE PESC 3)根据实际电路输出功率的大小,只要适当 2002.1197-1194 地选择变压器磁芯合理设计变压器的各种参数,[3]贲洪奇冯驳,吴新科.全桥结构的单级PC电路并且采取一定的抑制措施,就会最大程度的减小研究[].哈尔滨工业大学学报,2003,35(4):420 偏磁对整个PHC电路的影响 423 L4罗建武,罗文杰偏磁的起因和消除方法[]电工技术参考文献: 学报.199,14(6):73-77 LIBENQASSMI H, CREBIER J C, FERRIEUXJ P (编辑闫彤) (上接第1209页) [3 ]COMN INOU M. The inter acial crack [J]. J Appl [10]SHIH C F, ASARO. J. Elastic- Plastic Analysis ot Mech,1977,44:631-636. Crack on Bi- Material Interfaces: Part I: Large Scale [4] ERDOGAN F. Stress distribution in bonded dissi milar Yielding].I Appl Mrh, 1991, 58: 450)-463 materials with cracks [J]. ASME Appl Mech, 1965, [11]WANG T C. Elastic-plastic Asymptotic Fields for 32:403-410 Cracks on- material Interfaces J」.上 nong Fract [51KNOWL ES J K, STERNB ERG E. Large deformations Mech,1990,37(3):s27-538 near a tip of an interface-crack between two Neo [12ITANGL Q, SUN X G, WANG Z Q. Near tip field Hookean sheets[J].J. ElasTicity, 1983, 13: 257-293 for slationary growth crak at the interlace bet ween an [G]HAO T H. Nonlinear response of mode i crack on bi elasto - nonlinear vi scous material and an elastic solid material interfaces[]. Int J Fract, 1989, 41: 23-28 [] In FEFG: 94, Acta Mechanica Solida Sinica [7]唐立强,蔡艳红,刘长海等.双材料界面动态扩展裂 1995,8:646-650 纹尖端的渐近场]哈尔滨工业大学学报,2002,34[13] TAHER M, SAIF A, HUIC Y.門 ane strain asym (1):87-90 totic field cf a crack growing along an clastic- elastic [8]SHIH C F, ASARO R J. Eastic Plastic Analysis of power law creeping bi- material interface[J]. J Mech Crack on Bi- Material Interfaces: Part I: Small Scale Phys Solids,1994,42(2):181-214 Yielding[J].J Appl Mech, 1988, 55: 229-316 [14李永东贾斌,唐立强.刚性-粘弹性材料界面Ⅱ型 [ 9]SHIH C F, ASARO R J. Fastic- Plastic: Analysis of 裂纹准静态扩展的渐近解]哈尔滨T程大学学报 Crack on bi- Material Interfaces: part i structure of 2000,21(2):69-73. Small Scale Yielding Fields [J]. J Appl Mech, 1989 (编辑杨健) 56:763-779 o1994-2009chinaAcademicjOurmalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net

(系统自动生成,下载前可以参看下载内容)