一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略贲洪奇赵志强丁明远摘要：单相单级全桥PFC变换器变压器双向励磁，具有功率密度高和电气隔离等特点，适用于中大功率场合，但该变换器由于其工作方式的特殊性，存在特有的变压器偏磁现象。通过对单级全桥PFC变换器的工作原理与变压器偏磁产生机理进行分析，得出每1/4工频周期内磁化曲线中心点偏移情况，并递推得到偏移量的最大值。在此基础上，提出一种正负半周对称的数字抑制策略，通过设计开关管的时序，使每个开关周期内变压器正负向励磁时间相等，进而消除了变压器偏磁;与传统偏磁抑制方式相比，该策略不增加电路的复杂程度与系统的体积、重量，实现较为容易。最后，通过搭建额定输出电压/电流为48V/12A的样机验证了所提出的偏磁抑制策略的可行性。关键词：单级全桥;PFC变换器;偏磁;抑制策略;数字DOI：10.15938/j.emc.2020.03.003：T61文献标志码：A：1007-449X（2020）03-0020-08Abstract：SinglephasesinglestagefullbridgePFCconvertertransformerbidirectionalexcitation，withhighpowerdensityandelectricalisolationcharacteristics，issuitableformediumandhighpowerapplications.However，duetotheparticularityofitsworkingmode，theconverterhasitsowntransformerbiasphenomenon.ThroughtheanalysisoftheworkingprincipleofsinglestagefullbridgePFCconverterandthegenerationmechanismoftransformermagneticbias，thecentralpointoffsetofthemagnetizationcurvewasobtainedineveryquarterofthepowerfrequencycycle，andthemaximumvalueoftheoffsetwasobtainedrecursively.Onthisbasis，adigitalsuppressionstrategywithpositiveandnegativehalfcyclesymmetrywasproposed，whichmakesthepositiveandnegativeexcitationtimeoftransformerequalineachswitchingperiod，theneliminatesthetransformerbias.Comparedwiththetraditionalsuppressionmethod，thestrategydoesnotincreasethecomplexityofthecircuitandthevolumeandweightofthesystem，andtherealizationmethodiseasier.Finally，aprototypewithratedoutputvoltageandoutputcurrentof48V/12Awasbuilttoverifythefeasibilityoftheproposedstrategy.Keywords：singlestagefullbridge;PFCconverter;biasmagnetic;suppressionstrategy;digital0引言隨着科学技术的发展，电力电子设备的大量使用，对电网造成的谐波污染也日趋严重。功率因数校正（powerfactorcorrection，PFC）技术能有效消除输入电流谐波，提高功率因数，因此一直是电力电子领域研究的热点[1-3]。有源功率因数校正（activepowerfactorcorrection，APFC）技术相对于无源功率因数校正技术功率因数校正效果更好，效率更高，应用更为广泛。有源功率因数校正变换器从电路结构来分，可分为单级APFC结构和两级APFC结构。两级式结构中APFC和DCDC变换分别独立完成，体积大、功率密度低。单级APFC将APFC和DCDC变换合二为一，电路减少了元器件、提高了功率密度，因此应用更为广泛[4-5]。单级桥式APFC变换器变压器双向励磁，磁心利用率高，适用于中大功率场合，但由于其工作方式的特殊性，存在固有的变压器偏磁问题。当偏磁严重到一定程度，磁心将进入单向饱和区，此时磁心磁导率急剧下降，磁心损耗增加，变换器效率降低;此外，还会造成变压器单向磁化电流急剧增加，最终导致功率器件烧毁[6-8]。为了使系统正常运行，有必要对变压器进行偏磁抑制。文献[9-10]提出在变压器原边串联隔直电容来抑制变压器偏磁;该方案增加了电路的复杂程度，降低了变换器的性能。文献[11]提出先设计正向死区，再通过积分复位的方法确定负向死区，使变压器正负向伏秒积平衡，从而实现偏磁抑制。这种方法死区时间设计较复杂，而且会影响到系统最大占空比。文献[12-13]提出一种数字补偿算法，通过对量化误差补偿实现偏磁抑制，但该方法不能在每个开关周期内消除偏磁。针对单级全桥PFC变换器变压器偏磁问题，基于数字处理器（digitalsignalprocessor，DSP）TMS320F28335，提出一种正负半周对称的数字抑制策略，该策略不需要改变主电路，通过设计开...