软开关PFC电路的倍频感应电源的设计与仿真

0引言

Boost电路应用到功率因数校正方面已经较为成熟，关于几百瓦小功率的功率因数校正，常规的电路是可以实现的。但是关于大功率诸如感应加热电源，还存在很多的实际问题。为了解决开关器件由于二极管反向恢复时出现的冲击电流而易损坏的情况，减少开关器件在高频下的开关损耗。

本文采用一种无源无损缓冲电路取代传统的LC滤波电路。在分析了软开关电路的工作原理以及逆变模块的分时-移相功率控制策略后，应用Matlab软件进行了仿真，并通过实验结果验证了理论分析的正确性。

1电源系统整体拓扑

如图1所示，该主电路拓扑重要由整流、软开关Boost功率因数校正、逆变、负载匹配几个环节组成。

单相整流桥输出的直流电压接入无源缓冲软开关Boost电路，本文采取Boost电路取代传统的LC滤波电路。这里Boost电路重要有2个用途：一是提高整流输入侧的功率因数;二是为逆变侧供应一个稳定的直流电压。Boost校正电路输出直流电压加到逆变桥上，逆变桥是由8个IGBT模块组成的单相全桥逆变器，每个IGBT都有一个反并联二极管与其并联，作为逆变器电压反向时续流。逆变器中功率器件由控制电路控制脉冲信号驱动而周期性的开关;隔离变压器T的用途是电气隔离和负载的阻抗匹配。一般T为降压变压器，适当改变变压器的变比即可降低谐振槽路中电感、电容上的电压值，并可进行不同的负载阻抗匹配。输出方波电压经过变压器的隔离降压后加到由补偿电容器和感应线圈及负载组成的谐振回路上。

1.1软开关ApFC电路工作原理

图2所示为无源软开关Boost电路、串联电感及无损SNUBBER电路。与普通的Boost电路相比，新增电感L1限制因VD0的反向恢复而出现的VT0开启冲击电流，C2→VD7作为VD0的SNUBBER电路，VD5→VD6→VD7的串联结构和L1→C1→C2之间的谐振与能量转换也有利于抑制VT0的开启冲击电流。

主电路在一个周期内的工作情况可以分为6个阶段：

(1)模式1[t0，t1]：在t0时刻，C0通过电阻R放电，VT0在ZCS状态下开启，C1放电，电流流经C1→C2→L1回路，由于L1的用途，VT0的开启电流逐渐平稳上升。

(2)模式2[t1，t2]：电感L1上的电流逐渐增大，C1放电结束后，电流经过回路L0→L1→VD5→VD6→C2流动。

(3)模式3[t2，t3]：C2被缓慢充电，直至L1能量全部转移过来。最后流经VT0的电流和L0的大小相等，C2充电结束。

(4)模式4[t3，t4]：t4时刻VT0在ZVS下关断，当经过C2-VD6-C1的电压和整流输出电压Vin相等时，C2通过VD7放电，L1的电流经L0→L1→VD5→C1给C1充电。