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一种带有零电压开关电容的图腾柱无桥PFC变换器
A Totem-Pole Bridgeless PFC Converter With ZVS Capacitor
| 作者 | Fanguang Shao · Kai Yao · Xinbo Ruan · Zhiqiang Xing · Tianzhi Wang · Lei Li |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 PFC整流 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 图腾柱无桥功率因数校正变换器 零电压开关 工作原理 控制方案 转换效率 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种带有零电压开关（ZVS）电容的图腾柱无桥功率因数校正变换器，该变换器中的功率开关可在整个电网周期内实现零电压开关，且简化了零电压开关电流的检测。分析了该变换器的工作原理。针对零电压开关电容与电感之间的谐振，详细分析了电感电流的线性化以及主要元件的参数。给出了开关的导通时间、零电压开关电容的电压以及一种控制方案。在实验室搭建了一台100 W的样机，以验证所提出变换器的工作情况。在220 V/100 W和110 V/65 W条件下，实测的转换效率和功率因数分别为98.15%和0.986、97.21%和0.984。
English Abstract
In this article, a totem-pole bridgeless power factor correction converter with zero-voltage switching (ZVS) capacitor is proposed, in which, the power switches can realize ZVS over the entire line cycle and the detection of ZVS current is simplified. The operation principle of the converter is analyzed. Regarding the resonance between ZVS capacitor and the inductor, the linearization of inductor current and the parameters of the main components are analyzed in detail. The on-time of switches, the voltage of ZVS capacitor and a control scheme are provided. A 100-W prototype is built in the lab to verify the operation of the proposed converter. The measured conversion efficiency and PF are 98.15% and 0.986, 97.21% and 0.984, at 220 V/100 W and 110 V/65 W, respectively.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度来看，该论文提出的带零电压开关（ZVS）电容的图腾柱无桥PFC变换器技术具有重要的应用价值。该技术通过在全线周期内实现功率开关的零电压开关，有效降低了开关损耗，在220V/100W工况下实现了98.15%的转换效率和0.986的功率因数，这对我司光伏逆变器和储能系统的效率提升具有直接参考意义。
在光伏逆变器领域，该技术可应用于前级AC-DC整流环节。传统图腾柱PFC拓扑虽然具有高功率密度优势，但硬开关损耗限制了效率提升空间。该方案通过ZVS电容与电感谐振实现软开关，同时简化了ZVS电流检测，这对于我司开发高效率、高功率密度的组串式和集中式逆变器具有技术借鉴价值，特别是在双向储能变流器（PCS）中，可显著改善充放电效率。
从技术成熟度评估，该方案在100W小功率原型上得到验证，但向千瓦级以上功率等级扩展时，需要重点关注以下挑战：一是ZVS电容在大功率下的电压应力和谐振参数设计优化；二是电感电流线性化处理在宽负载范围内的适应性；三是控制策略在电网电压波动和负载突变时的鲁棒性。
对于阳光电源而言，建议将该技术纳入预研项目，重点探索在户用储能系统和工商业储能PCS中的应用可能性。通过功率等级放大验证和EMI特性优化，该技术有望成为我司下一代高效能源转换产品的核心技术之一，助力实现更高系统效率和更优市场竞争力。