一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法，包括二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3及二极管Q4，其控制方法包括如下步骤：当二极管Q4打开时，此时二极管Q4V

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法


[0001]本专利技术涉及前级功率因数校正装置
，具体为一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法。

技术介绍

[0002]图腾柱结构的功率因数校正装置(PFC)已经广泛应用于电源的前级，PFC可以强制输入电流相位跟随输入电压相位，使任何电负载看起来像一个电阻器，保持网侧功率因数为1。图腾柱PFC因其使用较少的器件、较低的传导损耗，较高的效率而受到了广泛的关注。基于GaN(氮化镓)基的PFC通常情况下运行在连续导通模式(CCM)下，CCM模式下高频管无法实现零电流关断(ZCS)，但是在控制方法合理的情况下，却可以实现零电压开通(ZVS),并将开关损耗和通态损耗各自降为较低水平，提高PFC的整体效率，同时降低发热利于优化散热设计。
[0003]传统的控制方法将高频管的死区时间设置为一个固定值，死区时间太小，会造成电流较小时无法实现零电压开通(ZVS)，增加开关损耗，而死区时间太大，由于GaN器件没有体二极管，未施加触发脉冲情况下通态压降非常大(可达几伏)，这又会造成非常大的通态损耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法，根据GaN器件的自有特性，建立控制脉冲的死区控制模型，使得在输入正弦电流全域内，GaN器件正好能够实现零电压开通，又将通态损耗降至最低，最大限度减少损耗，提高效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法，包括二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3及二极管Q4，二极管Q1连接二极管Q2、二极管Q3，二极管Q2连接二极管Q4，二极管Q3连接二极管Q4；
[0007]其控制方法包括如下步骤：
[0008](1)当二极管Q4打开时，此时二极管Q4V
DS
为0，Q3管VDS为U
dc
，t1时刻二极管Q4门极电压V
GS_Q4
降为低电平；
[0009](2)当二极管Q4开始关断时，二极管Q3尚未施加触发脉冲，二极管Q3结电容C
OSS_Q3
上的电压为U
dc
；
[0010]此时开始通过实线电流进行放电，直至结电容COSS_Q3上的电压放电将至最低，进入t2时刻；
[0011](3)进入t2时刻时，给二极管Q3触发脉冲，使得V
GS_Q3
为高电平，则实现二极管Q3的ZVS开通；
[0012](4)如步骤(3)中，未给二极管Q3的触发脉冲，则二极管Q3没有实现ZVS；
[0013](5)如步骤(3)中，在进入t2时刻之前，给二极管Q3触发脉冲，则二极管Q3没有实现
ZVS开通。
[0014]进一步，所述步骤(2)中二极管Q3尚未施加触发脉冲时，电感电流开始方向转变。
[0015]进一步，所述步骤(3)中结电容COSS_Q3上的电压放电最低为0。
[0016]进一步，所述步骤(5)中，在进入t2时刻之后，给二极管Q3触发脉冲，则电流会流过未触发的GaN器件二极管Q3。
[0017]进一步，最优死区时间的长短，取决于结电容COSS_Q3的放电时间，电容的放电时间，与电压和容值成正比，与放电电流成反比。
[0018]进一步，公式表示为：
[0019][0020]k为系数；
[0021]U
dc
为直流电压；
[0022]C
OSS
为GaN器件的结电容；
[0023]i
L
为电感的电流。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]解决了传统的固定死区控制方法，死区过大会造成非常大的通态损耗，而死区时间过小又无法实现ZVS，无法实现效率最优控制，从而利用而浮动死区控制方法可完美解决这个问题；
[0026]根据死区控制模型，控制死区跟随电流的变化而不断调整，使得通态损耗和开关损耗都降至最低，降低损耗，提高效率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的高频管换流波形图；
[0028]图2为本专利技术的死区时间t
dead
波形图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0030]实施例1：
[0031]以正半轴为例，当二极管Q4打开时，电流如图1虚线箭头方向流动，此时二极管Q4V
DS
为0，二极管Q3V
DS
为U
dc
，t1时刻二极管Q4门极电压V
GS_Q4
降为低电平，二极管Q4开始关断，由于死区时间，二极管Q3尚未施加触发脉冲，此时电感电流开始由虚线箭头方向向实线箭头方向转变，此时二极管Q3结电容C
OSS_Q3
上的电压为U
dc
，开始通过实线电流进行放电，直至结电容C
OSS_Q3
上的电压放电为0，也就是t2时刻，如果此时给二极管Q3的触发脉冲，也就是V
GS_Q3
为高电平，则正好实现二极管Q3的ZVS开通，如果在此之前给二极管Q3的触发脉冲，则二极管Q3没有实现ZVS，如果在此之后给二极管Q3触发脉冲，则电流会流过未触发的GaN器件二极管Q3，正向导通压降很大，因此通态损耗非常大。C
OSS_Q3
的放电时间与C
OSS_Q3
的大小、电流i
L
和直流电压U
dc
的大小相关，需要实时计算改变。
[0032]由上述分析可知，最优死区时间的长短，取决于结电容COSS_Q3的放电时间，电容
的放电时间，与电压和容值成正比，与放电电流成反比，可以表示为：
[0033][0034]k为系数，取决于换算单位和死区调整速度；
[0035]Udc为直流电压；
[0036]COSS为GaN器件的结电容；
[0037]iL为电感的电流。
[0038]控制方法：
[0039]本专利技术针对GaN器件的特性，估算出最优死区模型，使得死区随着电流i
L
的变化而调整，实现全域的ZVS软开关特性，提高PFC的转换效率；
[0040]具体的来说，在图1所示中，t1
‑
t2之间的时间就是死区时间，在PFC的运行中，公式中的直流电压U
dc
和GaN器件的结电容C
OSS
是稳定不变的，唯一的变量就是电感的电流i
L
，i
L
是正弦波动的，对死区时间进行最大值和最小值限幅以后，所以死区时间t
dead
的波形如图2中所示的碗状。另外，公式中k值的选择至关重要，关系着能否实现全域的ZVS和最低通态损耗，死区时间变化过快和过慢，都会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高图腾柱PFC效率的优化控制方法，其特征在于，包括二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3及二极管Q4，二极管Q1连接二极管Q2、二极管Q3，二极管Q2连接二极管Q4，二极管Q3连接二极管Q4；其控制方法包括如下步骤：(1)当二极管Q4打开时，此时二极管Q4V
DS
为0，Q3管VDS为U
dc
，t1时刻二极管Q4门极电压V
GS_Q4
降为低电平；(2)当二极管Q4开始关断时，二极管Q3尚未施加触发脉冲，二极管Q3结电容C
OSS_Q3
上的电压为U
dc
；此时开始通过实线电流进行放电，直至结电容COSS_Q3上的电压放电将至最低，进入t2时刻；(3)进入t2时刻时，给二极管Q3触发脉冲，使得V
GS_Q3
为高电平，则实现二极管Q3的ZVS开通；(4)如步骤(3)中，未给二极管Q3的触发脉冲，则二极管Q3没有实现ZVS；(5)如步骤(3)中，在进入t2时刻之前，给二极管Q3触发脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旺，
申请(专利权)人：徐州金沙江半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：