單級橋式PFC電路功率變壓器偏磁的產(chǎn)生機(jī)理分析賁洪奇，金祖敏，王風(fēng)平（哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001，E-maiUmihqhit.edu.cn）開關(guān)、輸出電壓調(diào)節(jié)和電氣隔離。但由于電路特殊的控制方式和所要實(shí)現(xiàn)的功率因數(shù)校正功能，該校正電路中的功率變壓器除存在普通全橋變換器產(chǎn)生偏磁的原因外，還存在產(chǎn)生偏磁的特殊因素。本文在分析變換器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理之后，對偏磁的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，指出了該變換器影響偏磁大小的各種因素，并給出中解決措施，可有效抑制偏磁的產(chǎn)生，比較后的仿真和，為4個(gè)橋臂的制信號時(shí)序圖。S為UC3854的輸出信號，當(dāng)S為高電平時(shí)，S1、S2或者S3、S4導(dǎo)通，當(dāng)S為低電平時(shí)，S1、S4或者S2、S3導(dǎo)通。電路的入端電感可以看作Boost電感，當(dāng)橋臂直通時(shí)，相當(dāng)于Boost電路的開關(guān)開通，入端電網(wǎng)電壓對電感進(jìn)行充電，電感中的電流上升，儲能增加，當(dāng)橋?qū)Ρ坶_通時(shí)，相當(dāng)于Boost電路中開關(guān)斷開，輸出；對負(fù)載放電，。魅/o、T分別為電網(wǎng)的頻率和周期；輸出電壓為U；主變壓器的變比為n；控制電路輸出脈沖的周期（開關(guān)周期）為Ts，電感電流il如所不，在半個(gè)工頻周期內(nèi)，iL共有k= 2個(gè)開關(guān)周期，其開關(guān)序列用表示，各個(gè)周期的起始時(shí)間則設(shè)在時(shí)間內(nèi)的電感電流增量為AiL，有在t+DTs時(shí)刻的電感電流由下式表示：而在t+時(shí)刻的電流表示為匕iL 2變換器偏磁的產(chǎn)生機(jī)理分析bookmark3 21普通全橋變換器的偏磁現(xiàn)象bookmark4假設(shè)該變換器的功率因數(shù)很高，輸入電流接近正弦波，于是近似有在全橋變換拓?fù)渲校釉谥髯儔浩魃弦话愣紤?yīng)該是正負(fù)對稱的脈沖信號，但是在實(shí)際應(yīng)用中很難滿足正負(fù)完全對稱的條件，有各種各樣的因素使加在變壓器原邊繞組上的電壓波形正、負(fù)幅值不等或者正、負(fù)脈寬不等4.即原邊繞組在正、反兩個(gè)方向激勵(lì)時(shí)，相應(yīng)的伏秒面積（V-s）不相等，這就產(chǎn)生了偏磁。

　　當(dāng)偏磁嚴(yán)重到一定程度，磁芯工作將進(jìn)入單向飽和區(qū)，此時(shí)鐵芯導(dǎo)磁率將急劇下降，造成單向磁化電流急劇增加，回路電流瞬間上升，比較終導(dǎo)致功率器件燒毀，使電路無法正常工作。

　　根據(jù)以上各式，可以得出占空比的表達(dá)式式a）所示的占空比表達(dá)式可進(jìn)一步簡化為22橋式PFC電路占空比的變換規(guī)律bookmark5由于中的變換器可以等效為單端Boost電路，為了分析方便，占空比的推導(dǎo)采用單相Boost型電路的形式。由于在每半個(gè)工頻周期的過0處，其輸入電壓的瞬時(shí)值很低，導(dǎo)致入端電感電流產(chǎn)生交越失真，在過0點(diǎn)后的一個(gè)電角度之內(nèi)，電路的占空比為1，電感電流也不是按正弦規(guī)律變化，但由于該角度很小，對偏磁產(chǎn)生機(jī)理分析的影響不大，故可以忽略。

　　19設(shè)輸入Mil：23偏磁產(chǎn)生機(jī)理分析bookmark6假設(shè)全橋電路工作在理想狀態(tài)，即忽略普通全橋變換器中造成偏磁的各種因素。通過對的控制信號時(shí)序圖的分析可知，在高頻變壓器原邊所加的電壓為正、負(fù)脈沖電壓，變壓器的磁感應(yīng)強(qiáng)度也是按相同頻率周期變化，因?yàn)楦边叺碾妷恒Q位，該方波的幅值相同，如果正負(fù)向電壓脈沖的寬度再相等，則變壓器的磁感應(yīng)強(qiáng)度正負(fù)對稱，沒有偏磁產(chǎn)生，但是所示的功率因數(shù)校正電路的占空比為式（2）所示的形式，變壓器的方波信號正負(fù)寬度并不相等，由此可知，該電路有產(chǎn)生偏磁的可能性。

　　設(shè)Bp為磁感應(yīng)強(qiáng)度正的比較大值，Bq為磁感應(yīng)強(qiáng)度負(fù)的比較大值，其方波的幅值為nUc，變壓器原邊匝數(shù)為，變壓器原邊磁路等效面積為3個(gè)開關(guān)周期變壓器磁感應(yīng)強(qiáng)度總的偏磁量根據(jù)式（3），可以求出在1/4工頻周期內(nèi)（0很如所示，假設(shè)半個(gè)工頻周期內(nèi)，第個(gè)開關(guān)周期，變壓器原邊所加電壓為正脈沖，即S3，S2導(dǎo)通，則小可以忽略）變壓器磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度總的正偏磁量由以上三式及式（2）的占空比表達(dá)式可得在式（2）所示的占空比表達(dá)，當(dāng)wt= 0+：/2+nn時(shí)D有比較小值，而且在范圍內(nèi)，則是單調(diào)遞增。由此從式（3）、（4）可以看出，變壓器正向磁感應(yīng)強(qiáng)度Bp在w屬于內(nèi)，則是Bp越S4，S1導(dǎo)通，則磁感應(yīng)強(qiáng)度變化正好與以上分析d般的PFC電路，開關(guān)頻率都很高，為了減小電感的體積，入端電感取值也較小。所以linWUn從看出，總的偏磁量主要和輸入電壓峰值、開關(guān)頻率、變壓器原邊匝數(shù)及磁芯截面積有關(guān)。

　　如果有以下。該信號經(jīng)移相電路，就能得到按所示時(shí)序關(guān)系變化的、4個(gè)MOS管的驅(qū)動信號。因?yàn)榭刂菩盘柕恼伎毡劝凑乙?guī)律變化，所以就會產(chǎn)生上文所分析的偏磁現(xiàn)象。中的（c）和（d）是加隔直電容后占空比分別為82%、35%的變壓器原邊電壓波形（上面），圖中的下面部分則為它們在0點(diǎn)電壓處的放大波形。

　　（d）變壓器原邊電壓波形放大圖變換器仿真波形由于偏磁的存在，加了隔直電容后，加在變壓器上的方波電壓向上平移。同時(shí)由于使用隔直電容來消除偏磁是一個(gè)動態(tài)平衡的過程，所以方波電壓的偏移量會隨著偏磁量的大小而變化，從可知，在控制信號的占空比比較小的時(shí)候，該直流偏移量達(dá)到比較大值。

　　是實(shí)驗(yàn)波形，其中（a）是實(shí)驗(yàn)電路中UC3854電流誤差放大器輸出波形（上面），下面是地線。（b）是加隔直電容后變壓器原邊電壓波形在地線（中間）附近的局部放大圖，從圖中可知，加隔直電容后，變壓器原邊電壓波形由地線往上平移了一段距離。從、6可以看出，仿真和實(shí)驗(yàn)有很好的一致性。

　　變壓器原邊電壓波形放大實(shí)驗(yàn)波形4結(jié)論提出的單級全橋軟開關(guān)功率因數(shù)校正電路，在不增加電路復(fù)雜程度的前提下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正、軟開關(guān)、輸出電壓調(diào)節(jié)和電氣隔離。

　　在任何1/4工頻周期內(nèi)（0很小可以忽略）變壓器的磁芯都會產(chǎn)生偏磁，雖然在1/2的工頻周期內(nèi)，該偏磁有一定的自平衡能力，但是如果不采取一定措施，將影響電路的正常運(yùn)行。

　　根據(jù)實(shí)際電路輸出功率的大小，只要適當(dāng)?shù)剡x擇變壓器磁芯，合理設(shè)計(jì)變壓器的各種參數(shù)，并且采取一定的抑制措施，就會比較大程度的減小偏磁對整個(gè)PFC電路的影響。