隨著能源緊缺問題日益嚴(yán)峻,如何有效提高功率變換器的效率、以緩解能源危機(jī)顯得尤為重要。傳統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation, PWM)功率變換器采用硬開關(guān)技術(shù),在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的過程中,其漏源電壓與電流波形存在一定程度的交疊,從而造成較大的開關(guān)損耗。隨著功率變換技術(shù)逐漸向高頻化發(fā)展,開關(guān)頻率的增高使得這一問題顯得日益突出。
為了提高功率變換效率,國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究工作。
但對于AC-DC變換器而言,上述設(shè)計方案在效率表現(xiàn)方面仍顯不足。
LLC諧振變換器作為一種軟開關(guān)技術(shù),具備工作頻率調(diào)整范圍小、輸入電壓范圍寬等特點[6-7]。而且其可實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開通(zero voltage switch, ZVS)和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷(zero current switch,ZCS),從而有效提升功率變換效率。同時,其平滑變化的波形也有利于改善變換器的電磁兼容性能。
因此,本文結(jié)合當(dāng)前AC-DC變換技術(shù)的發(fā)展趨勢,加入有源功率因數(shù)校正(active power factor correction, APFC)的概念,即采用“APFC+半橋LLC”兩級電路結(jié)構(gòu),設(shè)計了一套適應(yīng)寬范圍電壓輸入、且具有高功率因數(shù)和高效率特點的AC-DC變換器。系統(tǒng)樣機(jī)測試結(jié)果表明,在全負(fù)載范圍內(nèi)的平均效率達(dá)到92%以上,驗證了所提方案的可行性和有效性。
圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
本文針對傳統(tǒng)硬開關(guān)功率變換器能量轉(zhuǎn)換效率較低的問題,利用半橋LLC諧振和同步整流技術(shù)設(shè)計了一套高效AC-DC變換器。
測試結(jié)果表明:系統(tǒng)樣機(jī)可實現(xiàn)原邊半橋功率MOS管的零電壓導(dǎo)通以及副邊同步整流MOS管的零電流關(guān)斷,全負(fù)載范圍內(nèi)樣機(jī)的平均效率達(dá)92%以上,相較于硬開關(guān)和準(zhǔn)諧振變換器,變換效率得到了較大提升。同時,變換器能夠適應(yīng)寬范圍交流輸入電壓90~305V,且市電輸入時,樣機(jī)功率因數(shù)可達(dá)0.98,實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。