單級橋式PFC電路功率變壓器偏磁的產(chǎn)生機理分析賁洪奇，金祖敏，王風平（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)生機理進行了分析，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個橋臂的制信號時序圖。S為UC3854的輸出信號，當S為高電平時，S1、S2或者S3、S4導(dǎo)通，當S為低電平時，S1、S4或者S2、S3導(dǎo)通。電路的入端電感可以看作Boost電感，當橋臂直通時，相當于Boost電路的開關(guān)開通，入端電網(wǎng)電壓對電感進行充電，電感中的電流上升，儲能增加，當橋?qū)Ρ坶_通時，相當于Boost電路中開關(guān)斷開，輸出；對負載放電，。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，在半個工頻周期內(nèi)，iL共有k= 2個開關(guān)周期，其開關(guān)序列用表示，各個周期的起始時間則設(shè)在時間內(nèi)的電感電流增量為AiL，有在t+DTs時刻的電感電流由下式表示：而在t+時刻的電流表示為匕iL 2變換器偏磁的產(chǎn)生機理分析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撲中，加在主變壓器上一般都應(yīng)該是正負對稱的脈沖信號，但是在實際應(yīng)用中很難滿足正負完全對稱的條件，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、負幅值不等或者正、負脈寬不等4.即原邊繞組在正、反兩個方向激勵時，相應(yīng)的伏秒面積（V-s）不相等，這就產(chǎn)生了偏磁。

　　當偏磁嚴重到一定程度，磁芯工作將進入單向飽和區(qū)，此時鐵芯導(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式式a）所示的占空比表達式可進一步簡化為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。由于在每半個工頻周期的過0處，其輸入電壓的瞬時值很低，導(dǎo)致入端電感電流產(chǎn)生交越失真，在過0點后的一個電角度之內(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序圖的分析可知，在高頻變壓器原邊所加的電壓為正、負脈沖電壓，變壓器的磁感應(yīng)強度也是按相同頻率周期變化，因為副邊的電壓鉗位，該方波的幅值相同，如果正負向電壓脈沖的寬度再相等，則變壓器的磁感應(yīng)強度正負對稱，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)強度正的比較大值，Bq為磁感應(yīng)強度負的比較大值，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個開關(guān)周期變壓器磁感應(yīng)強度總的偏磁量根據(jù)式（3），可以求出在1/4工頻周期內(nèi)（0很如所示，假設(shè)半個工頻周期內(nèi)，第個開關(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)強度總的正偏磁量由以上三式及式（2）的占空比表達式可得在式（2）所示的占空比表達，當wt= 0+：/2+nn時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)強度Bp在w屬于內(nèi)，則是Bp越S4，S1導(dǎo)通，則磁感應(yīng)強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，就能得到按所示時序關(guān)系變化的、4個MOS管的驅(qū)動信號。因為控制信號的占空比按正弦規(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點電壓處的放大波形。

　?。╠）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。同時由于使用隔直電容來消除偏磁是一個動態(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候，該直流偏移量達到比較大值。

　　是實驗波形，其中（a）是實驗電路中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，仿真和實驗有很好的一致性。

　　變壓器原邊電壓波形放大實驗波形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，同時實現(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行。

　　根據(jù)實際電路輸出功率的大小，只要適當?shù)剡x擇變壓器磁芯，合理設(shè)計變壓器的各種參數(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PFC電路的影響。