軟開關PFC電路的倍頻感應電源的設計與仿真

0 引言

　　Boost電路應用到功率因數(shù)校正方面已經(jīng)較為成熟，對于幾百瓦小功率的功率因數(shù)校正，常規(guī)的電路是可以實現(xiàn)的。但是對于大功率諸如感應加熱電源，還存在很多的實際問題。為了解決開關器件由于二極管反向恢復時產(chǎn)生的沖擊電流而易損壞的情況，減少開關器件在高頻下的開關損耗。

本文采用一種無源無損緩沖電路取代傳統(tǒng)的LC濾波電路。在分析了軟開關電路的工作原理以及逆變模塊的分時-移相功率控制策略后，應用Matlab軟件進行了仿真，并通過實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性。

　　1 電源系統(tǒng)整體拓撲

　　如圖1所示，該主電路拓撲主要由整流、軟開關Boost功率因數(shù)校正、逆變、負載匹配幾個環(huán)節(jié)組成。

　　單相整流橋輸出的直流電壓接入無源緩沖軟開關Boost電路，本文采取Boost電路取代傳統(tǒng)的LC濾波電路。這里Boost電路主要有2個作用：一是提高整流輸入側(cè)的功率因數(shù);二是為逆變側(cè)提供一個穩(wěn)定的直流電壓。Boost校正電路輸出直流電壓加到逆變橋上，逆變橋是由8個IGBT模塊組成的單相全橋逆變器，每個IGBT都有一個反并聯(lián)二極管與其并聯(lián)，作為逆變器電壓反向時續(xù)流。逆變器中功率器件由控制電路控制脈沖信號驅(qū)動而周期性的開關;隔離變壓器T的作用是電氣隔離和負載的阻抗匹配。一般T為降壓變壓器，適當改變變壓器的變比即可降低諧振槽路中電感、電容上的電壓值，并可進行不同的負載阻抗匹配。輸出方波電壓經(jīng)過變壓器的隔離降壓后加到由補償電容器和感應線圈及負載組成的諧振回路上。

　　1.1 軟開關APFC電路工作原理

　　圖2所示為無源軟開關Boost電路、串聯(lián)電感及無損SNUBBER電路。與普通的Boost電路相比，增加電感L1限制因VD0的反向恢復而產(chǎn)生的VT0開啟沖擊電流，C2→VD7作為VD0的SNUBBER電路，VD5→VD6→VD7的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和L1→C1→C2之間的諧振與能量轉(zhuǎn)換也有利于抑制VT0的開啟沖擊電流。

　　主電路在一個周期內(nèi)的工作情況可以分為6個階段：

　　(1)模式1[t0，t1]：在t0時刻，C0通過電阻R放電，VT0在ZCS狀態(tài)下開啟，C1放電，電流流經(jīng)C1→C2→L1回路，由于L1的作用，VT0的開啟電流逐漸平穩(wěn)上升。

　　(2)模式2[t1，t2]：電感L1上的電流逐漸增大，C1放電結(jié)束后，電流經(jīng)過回路L0→L1→VD5→VD6→C2流動。

　　(3)模式3[t2，t3]：C2被緩慢充電，直至L1能量全部轉(zhuǎn)移過來。最后流經(jīng)VT0的電流和L0的大小相等，C2充電結(jié)束。

　　(4)模式4[t3，t4]：t4時刻VT0在ZVS下關斷，當經(jīng)過C2-VD6-C1的電壓和整流輸出電壓Vin相等時，C2通過VD7放電，L1的電流經(jīng)L0→L1→ VD5→C1給C1充電。