交错并联CCM Boost PFC变换器工作原理.doc

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1、交错并联CCMBoostPFC变换器工作原理　　摘要：　　针对功率因数校正变换器电感电流连续导电模式(ContinueConductionMode,CCM)时，两相交错并联BoostPFC变换器各支路不均流造成某一支路中开关管电流应力加大的问题，采用占空比补偿电流控制策略。该控制策略在平均电流控制的基础上，在并联支路内部加入补偿环，根据每相电流与1/2给定输入电流的偏差程度对占空比进行补偿，实现了并联两支路的均流，最终达到减小开关管电流应力的目的。最后，建立了仿真电路，通过仿真分析可知，未采用该控制策略时，两支路电流分别为5A与2.2A，其中5A支路MOS管的电流峰值为9.2A；在采

2、用占空比补偿电流控制策略后，两支路电流均为3.6A，两个MOS管的电流峰值均为6.8A，均流效果明显，开关管的电流应力减小，验证了占空比补偿电流控制交错并联CCMBoostPFC变换器的可行性。　　❖　　0引言　　我国电动汽车产业快速发展，大量电动汽车充电行为为电网带来大量谐波[1-2]。文献[3]中采用Boost电路作为整流电路后级，实现了功率因数校正(PFC)，减小了电网谐波。随着PFC技术的发展，不断有新型PFC拓扑结构提出，如倍压PFC、无桥PFC、交错并联BoostPFC等[4-5]。其中交错并联BoostPFC系统不仅具有并联系统的所有优点，还能减少输入电流纹波，降低开关

3、管的电流应力。在大功率场所通常采用工作于电感电流连续导电模式(ContinueConductionMode，CCM)[6]的交错并联BoostPFC变换器。　　基于现有PFC变换器的拓扑结构，已经提出以下控制方法：峰值电流控制、平均电流控制、单周期控制等[7-8]。其中平均电流控制相比其他控制方法具有更加良好的动静态特性。　　其次，并联系统中还应考虑均流问题，若并联系统两支路电流不均衡，那么某一支路开关管所承受的电流应力势必加大，会增大开关管损坏机率[9]。　　本文针对平均电流控制交错并联CCMBoostPFC变换器中存在的两支路不均流造成开关管电流应力加大的问题，对不均流原理进行分

4、析，并采用占空比补偿电流控制策略，实现了并联两相Boost电路的均流控制，解决了上述问题。　　1交错并联CCMBoostPFC变换器工作原理　　交错并联CCMBoostPFC变换器原理图如图1(a)所示，稳态时序波形如图1(b)所示。　　　　如图1(b)所示，交错并联CCMBoostPFC变换器为两个相同BoostPFC变换器并联而成，单个开关管S1、S2的驱动信号相位相差180°，如图1(b)所示，开关管S2的驱动信号相比开关管S1滞后180°，电感L1与电感L2支路的电流波形相同，相位相差180°，所以两支路的电流交错并联后将会消除掉一部分电流纹波，从而总电流i的纹波得到减小，频

5、率变为之前的2倍。　　2平均电流控制交错并联CCMBoostPFC变换器的不均流问题　　2.1单个CCMBoostPFC电路电流跟踪分析　　单个CCMBoostPFC电路如图2所示。　　　　图2所示电路中，电感L工作于连续模式，占空比表达式为[10]：　　　　根据平均电流控制策略的原理[11]，结合式(2)、式(8)、式(9)分析可知：每个开关周期，占空比不同，t(n)+d(n)T时刻与t(n+1)时刻的电感电流也就不同（随输入电压vin(t(n))及占空比d(n)变化），所以电感电流具有良好的电流跟踪特性。　　2.2交错并联CCMBoostPFC电路不均流原理　　如图1的交错并联B

6、oostPFC电路，电感L1与电感L2大小相等为L。　　对于电感L1由式(8)、式(9)可得：　　　　　　对式(14)、式(15)分析可得：在t(n)+d(n)T时刻与t(n+1)时刻的电感L1与电感L2之间均会存在电流差，如图3所示。　　　　实际电感电流iL1与iL2跟踪给定输入电流iLref的波形如图4所示，不均流现象明显。　　　　3占空比补偿控制环　　由上文分析，交错控制中开关管的导通延迟导致iL2电流不能很好地跟踪给定电流，发生不均流。　　为保证电感电流iL2能很好地跟踪给定电流，在如图1(a)所示的传统平均电流控制的基础上进行改进，将占空比补偿环加入传统电流内环补偿均流占空

7、比，使电感电流iL1与电感电流iL2均能很好地跟踪给定电流，达到均流目的。引入占空比补偿控制环后的控制图如图5所示。　　　　3.1占空比补偿控制环的原理　　为使交错并联CCMBoostPFC变换器并联两模块实现均流，考虑只有两模块并联，所以设计占空比补偿控制环时，只需在其中一条支路中加入占空比补偿控制环，当这一支路电感电流通过均流占空比补偿后达到总电流的1/2时，另一支路的电流必定也为总电流的1/2，达到了两支路均流的目的。　　由前文对不均流原理的分析，交