交錯式平均電流升壓型功率因數修正器之研製

南台科技大學

電力電子研究室 S707

2009/10/14

指導教授 : 蔡明村 博士研 究 生 : 徐子健

Design and implementation of an average current mode interleaved boost converter with power factor correction function

電力電子研究室南台科技大學 1

內容大鋼 前言 摘要 交錯並聯控制 工作原理 柔性切換 零電壓單開關型

零電壓雙開關型 效率曲線圖 實驗模擬與波形 結論 參考文獻

電力電子研究室南台科技大學 2

前言 在高功率的電源供應器中，其前級轉換器通常操作在平均電流模式之升壓型功因修正器。操作在平均電流模式下，其切換頻率固定，具有較低的諧波量，此方法主要為利用一雙迴路的控制方法來達到控制輸入電流波形及穩定輸出電壓值的目地。

摘要 本文旨在研究交錯式控制功因修正晶片，以實現交錯式升壓型功因修正器。升壓轉換器是最常見的前置穩壓器架構，交錯式升壓轉換電路能降低功率因數修正式前置穩壓電源轉換器的輸入與輸出漣波電流，進而減少升壓電感值和輸出電容所需承受的電路壓力，電路架構採用固定頻率平均電流控制，將昇壓型轉換器操作在連續電流模式提高輸出功率與功率密度，最後本文以 UCC28070 實作 1-kW 升壓轉換器加以驗證。

電力電子研究室南台科技大學 3

交錯並聯控制

利用固定導通時間控制方法，平均電流模式升壓型功因修正器的切換頻率為:

電力電子研究室南台科技大學 4

)(*1

)( tdt

tfon

s

)(td為責任周期，根據電感的伏特 - 秒平衡，責任週期可以表示為 :

o

in

V

tVtd

)(1)(

交錯式轉換器基本架構 (1/2)

AC

1L

2L1D

2D

oC oR1S 2SoV

1S

2S

L1I

L2I

D1I

D2I

COUTI

2

IIN

電力電子研究室南台科技大學 5

交錯式轉換器基本架構 (2/2)

1L

IN

I

I)D(K

5012

.isDifD

D)D(K

501

21.isDif

D

D)D(K

電力電子研究室南台科技大學 6

工作原理 (1/4)

電力電子研究室南台科技大學 7

AC

1L

2L1D

2D

outC oR1S 2SoV

1LI

2LI

第一階段

開關 S1、 S2 打開，電感電流上升輸出負載電流由輸出電容供應，傳導路徑如圖所示。

工作原理 (2/4)

電力電子研究室南台科技大學 8

AC

1L

2L1D

2D

outC oR1S 2SoV

第二階段

開關 S2 off 、 S1 on ，D2 截止、 D1導通，負載電流由輸入端及供應，傳導路徑如圖所示。

工作原理 (3/4)

電力電子研究室南台科技大學 9

AC

1L

2L1D

2D

outC oR1S 2SoV

第三階段

開關 S1 off 、 S2 on ，D1 截止、 D2導通，負載電流由輸入端及供應，傳導路徑如圖所示。

工作原理 (4/4)

電力電子研究室南台科技大學

AC

1L

2L1D

2D

oC oR1S 2SoV

第四階段

開關 S1 off 、 S2 off ，D1 及 D2 導通，負載電流由輸入端及、供應，傳導路徑如圖所示。

10

傳統式切換

電力電子研究室南台科技大學

DSi

導通

安全工作區域

截止

DSVV0

IDSV

inIinV

dsi

t截止 導通

11

零電壓切換

電力電子研究室南台科技大學 12

零電壓 - 零電流切換

電力電子研究室南台科技大學 13

零電壓單開關型

電力電子研究室南台科技大學 14

AC

1L

2L1D

2D

oC oR1S 2SoV

3D4D3L4L

3S

零電壓雙開關型

電力電子研究室南台科技大學 15

AC

1L

2L1D

2D

oC oR1S 2SoV

3D4D

3S4S

3L4L

效率曲線圖轉換效率曲線圖

60.00%65.00%70.00%75.00%80.00%85.00%90.00%

0 200 400 600 800 1000 1200

(W)輸出功率

(%)效率雙電感

零電壓單輔助開關

零電壓雙輔助開關

電力電子研究室南台科技大學 16

轉換效率曲線圖

實驗波形 (1/7)

電力電子研究室南台科技大學 17

(Iin ： 1A/div,Vin ： 50V/div,time ： 10ms/div)

實驗波形 (2/7)

電力電子研究室南台科技大學 18

(Iin ： 10A/div,Vin ： 50V/div,time ： 10ms/div)

實驗波形 (3/7)

電力電子研究室南台科技大學 19

(Iin ： 2.5A/div,iL1 ： 2A/div,iL2 ： 2A/div,time ： 5ms/div)

實驗波形 (4/7)

電力電子研究室南台科技大學 20

(Iin ： 10A/div,iL1 ： 5A/div,iL2 ： 5A/div,time ：5ms/div)

實驗波形 (5/7)

電力電子研究室南台科技大學 21

(Iin ： 10A/div,iL1 ： 5A/div,iL2 ： 5A/div,time ：5ms/div)

實驗波形 (6/7)

電力電子研究室南台科技大學 22

(vds1 : 100V/div,ids1 : 5A/div, vds2 : 100V/div,ids2 : 5A/div)

實驗波形 (7/7)

電力電子研究室南台科技大學 23

(vds1 : 100V/div,ids1 : 5A/div, vds2 : 100V/div,ids2 : 5A/div)

結論

電力電子研究室南台科技大學 24

參考文獻

電力電子研究室南台科技大學 25

電力電子研究室南台科技大學 26

我的報告到此結束 謝謝