1@ one cycle

7/28/2019 1@ one cycle

http://slidepdf.com/reader/full/1-one-cycle 1/5

A Novel Single-phase Buck PFC C o n v e r t e r

Based on One-cycle C o n t r o l

C h e n B i n g , X i e Y u n - X i a n g , H u a n g F e n g a n d C h e n J i a n g - H u iE l e c t r i c P o w e r C o l l e g e , S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , G u a ng z h o u , C h i n a

A b s t r a c t - I n t h i s p a p e r , a n o v e l s i n g l e - p h a s e Buck PFC

c o n v e r t e r b a s e d o n o n e - c y c l e c o n t r o l i s p r e s e n t e d . I n

c o n t r a s t t o t h e c o nv en ti on al B o o s t PFC c o n v e r t e r , some

d i s a d v a n t a g e s o f t h e B o o s t PFC c o n v e r t e r a r e o v e r c o m e ,

a n d t h e s w i t c h i n g l o s s a n d t h e s t r e s s o f t h e m a i n s w i t c h a r e

r e d u c e d . I n a d d i t i o n , w i t h t h e o n e - c y c le c o n t r o l , t h e

m u l t i p l i e r s a n d t he v ol ta ge s en so rs u s e d i n t h e t r a d i t i o n a ld i r e c t c u r r e n t c o n tr ol a r e e l i m i n a t e d , t he c o n tr ol c i r c u i t i s

s i m p l e a n d h i g h e f f i c i e n c y . The power c i r c u i t t o p o l o g y a n d

t h e o p e r a t i o n p r i n c i p l e o f t h e p r o p o s e d c o n v e r t e r a r e

d e s c r i b e d i n d e t a i l i n t h i s p a p e r . An e x p e r i m e n t a l e x a m p l e i s

p r e s e n t e d , a n d t he p a r a m e t e r s o f t h e p o w e r c i r c u i t a n d t h e

c o n t r o l l o o p a r e d e s i g n e d a n d o p t i m i z e d , a n d t h e s y s t e m

s t a b i l i t y i s a n a l y z e d . The r e s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n a n d

e x p e r i m e n t a t i o n a r e p r o v i d e d t ha t t he p o w e r f a c t o r i s c l o s et o u n i t y a n d t h e t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( T H D ) i s l o w , t h e

e x p e r i m e n t a l r e s u l t s v e r i f y t h e f e a s i b i l i t y a n d v a l i d i t y o f t h e

p o w e r c i r c u i t t o p o l o g y a n d c o n t r o l s t r a t e g y o f t h e p r o p o s e d

c o n v e r t e r .

K e y w o r d s - B u c k PFC c o n v e r t e r ; o n e - c y c l e c o n t r o l ;c o m p e n s a t i o n

I . INTRODUCTION

W i t h s i g n i f i c a n t d e v e l o p m e n t o f p o w e r e l e c t r o n i c st e c h n o l o g y , t h e p l e n t i f u l a p p l i c a t i o n s o f a l l k i n d s o fp o w e r c o n v e r t e r s h a v e r e s u l t e d i n s e v e r e h a r m o n i cc o n t a m i n a t i o n i n p o w e r s y s t e m s . A t p r e s e n t , t h e r e a r em a i n l y t w o m e t h o d s i n c l u d i n g P o w e r F a c t o r C o r r e c t o r

( P F C ) a n d A c t i v e P o w e r F i l t e r ( A P F ) w h i c h a r e u s e d t oc o m p e n s a t e h a r m o n i c . T h e PFC t e c h n i q u e i s u s e d t o

i m p r o v e p o w e r q u a l i t y t h r o u g h u p d a t i n g t h e s t r u c t u r e a n dc o n t r o l s t r a t e g y o f DC-DC c o n v e r t e r i t s e l f , w h i c h i s f i t

f o r t h e f i e l d s o f t h e m i d d l e / s m a l l p o w e r . T h r o u g h t h ep r o p e r c o n t r o l t o DC-DC c o n v e r t e r , t h e i n p u t c u r r e n t o ft h e u n c o n t r o l l a b l e r e c t i f i e r k e e p s i n - p h a s e w i t h t h e i n p u tv o l t a g e , t o i m p r o v e t h e p o w e r f a c t o r t o c l o s e t o u n i t y . T h et r a d i t i o n a l PFC t e c h n i q u e i s o f t e n b a s e d o n B o o s t

c o n v e r t e r , a n d t h e d i r e c t c u r r e n t c o n t r o l s t r a t e g i e s s u c h a sp e a k c u r r e n t m o d e c o n t r o l , a v e r a g e c u r r e n t m o d e c o n t r o la n d h y s t e r e s i s c u r r e n t m o d e c o n t r o l a r e c o m m o n l ya d o p t e d . A c c o r d i n g t o t h e s e c o n t r o l s t r a t e g i e s , t h e i n p u tv o l t a g e , t h e i n p u t c u r r e n t a n d t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h ec o n v e r t e r m u s t b e d e t e c t e d , w h e r e a f t e r t h e c o n t r o lp u r p o s e c a n b e a c h i e v e d b y t h e o p e r a t i o n o f t h e m u l t i p l i e r .H o w e v e r , i n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n t h e B o o s t PFC

c o n v e r t e r b as e d o n t h e d i r e c t c u r r e n t c o n t r o l p r e s e n t s t h ef o l l o w i n g d i s a d v a n t a g e s [ 1 ] :

1 ) T h e o u t p u t v o l t a g e e x c e e d s t h e p e a k o f t h e i n p u tv o l t a g e , w h i c h r e s u l t s i n h i g h s w i t c h i n g s t r e s s o f s e q u e n tc o n v e r t e r .

2 ) T h e r e i s t h e p o o r p e r f o r m a n c e d u r i n g t h e s t a r t u p , t h eo v e r l o a d i n g a n d t h e n o n - l o a d .

3 ) T h e h i g h s w i t c h i n g l o s s e s a n d E M I . T h e y a r er e s u l t e d f r o m t h e g r e a t r i p p l e c u r r e n t f l o w i n g f r o m t h ep o w e r s w i t c h a n d d i o d e .

4 ) T h e n o n l i n e a r d i s t o r t i o n o f t h e m u l t i p l i e r may

i n c r e a s e t h e i n p u t c u r r e n t h a r m o n i c .5 ) T h e c o n t r o l c i r c u i t i s c o m p l e x a n d h i g h c o s t .I n o r d e r t o o v e r c o m e t h e s e p r o b l e m s , i n t h i s p a p e r , a

n o v e l s i n g l e - p h a s e B u c k PFC c o n v e r t e r b a s e d o no n e - c y c l e c o n t r o l i s p r e s e n t e d . T h e p o w e r c i r c u i tt o p o l o g y a n d c o n t r o l b l o c k d i a g r a m i s s h o w n i n F i g . 1 . A

p o w e r s w i t c h ( T 2 ) , a n i n d u c t o r ( L ) a n d a c a p a c i t a n c e ( C )a r e a d d e d p a r a l l e l l y b e t w e e n t h e u n c o n t r o l l a b l e r e c t i f i e ra n d t h e B u c k c o n v e r t e r , t h e o n e - c y c l e c o n t r o l s t r a t e g y i s

a d o p t e d , t h e a d d i t i v e p o w e r s w i t c h ( T 2 ) a n d t h e p o w e rs w i t c h ( T 1 ) o f B u c k c o n v e r t e r a r e t u r n e d o nc o m p l e m e n t a r i l y , t o m e e t t h e d e m a n d t h a t t h e i n p u t

F i g u r e 1 . T h e p o w e r c i r c u i t t o p o l o g y a n d c o n t r o l b l o c k d i a g r a m o f t h ep r o p o s e d B u c k PFC c o n v e r t e r

c u r r e n t o f t h e r e c t i f i e r t r a c k s t h e i n p u t v o l t a g e w i t h a h i g hd e g r e e o f a c c u r a c y , t o r e d u c e t h e i n p u t c u r r e n t h a r m o n i cd i s t o r t i o n , a n d t o a c h i e v e t h e p o w e r f a c t o r t o c l o s e t ou n i t y . W i t h o n e - c y c l e c o n t r o l , t h e c o n t r o l l o o p c o n s i s t s o fo n e P I c o m p e n s a t o r , o n e i n t e g r a t o r w i t h r e s e t , o n e RS

t r i g g e r a n d s o m e l o g i c c i r c u i t s , c o m p a r e d w i t h t h e d i r e c tc u r r e n t c o n t r o l , t h r e e i s n o n e e d t o d e t e c t t h e i n p u t

1 - 4 2 4 4 - 0 4 4 9 - 5 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 © 0 2 0 0 6 IEEE IPEMC 2 0 0 6

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v o l t a g e a n d t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e B u c k c o n v e r t e r , t h ev o l t a g e s e n s o r s a n d t h e m u l t i p l i e r i n t h e c o n t r o l l o o p a r ed e l e t e d , t h e c o n t r o l c i r c u i t i s s i m p l e , r o b u s t a n d l o w c o s t ,a n d t h e p o w e r c i r c u i t t o p o l o g y i s new a n d o v e r c o m e s t h ep r o p o s e d d i s a d v a n t a g e s o f t h e B o o s t c o n v e r t e r . W i t hp r o p e r d e s i g n , t h e p r o p o s e d B u c k PFC c o n v e r t e r c a n

o p e r a t e i n a w i d e r l o a d r a n g e a n d h i g h e r e f f i c i e n c y .T h i s p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s : T h e o p e r a t i o n

p r i n c i p l e s o f t h e p o w e r c i r c u i t a n d c o n t r o l s c h e m e a r ed i s c u s s e d i n S e c t i o n I I , T h e p a r a m e t e r s o p t i m i z a t i o nd e s i g n i s a n a l y z e d i n S e c t i o n I I I . A d e s i g n e x a m p l e i sp r e s e n t e d , a n d t h e r e s u l t s o f t h e c o m p u t e r s i m u l a t i o n a n dt h e e x p e r i m e n t a l t e s t s a r e p r o v i d e d i n S e c t i o n I V . S e c t i o nV g i v e s a c o n c l u s i o n .

T o m u l t i p l y t h e t w o s i d e o f e q u a t i o n ( 6 ) b y a c u r r e n ts e n s i n g r e s i s t o r R d y i e l d s

i d X R xU X ( 1 - D ) = V X ( 1 - D ) ( 7 )

D e f i n e

V=Rd X UCV m R x U c S

D u r i n g e a c h s w i t c h i n g c y c l e T s , t o i n t e g r a t e t h e t w o s i d eo f e q u a t i o n ( 7 )

idxRdt=f.mX1-D)dt

s s

I I . OPERATION PRINCIPLE( 8 )

T h e p o w e r c i r c u i t t o p o l o g y a n d c o n t r o l b l o c k d i a g r a m

o f t h e p r o p o s e d B u c k PFC c o n v e r t e r i s s h o w n i n F i g . 1 ,t h e s w i t c h T 1 a n d T 2 a r e c o n t r o l l e d c o m p l e m e n t a r i l y ,s u p p o s e t h e s w i t c h i n g f r e q u e n c y i s c o n s t a n t , a n d i t i sm u c h m o r e t h a n t h e s y s t e m f r e q u e n c y . T h e o u t p u t v o l t a g eo f t h e r e c t i f i e r i s g i v e n b y

Vm a n d i d a r e c o n s t a n t , t h u s e q u a t i o n ( 8 ) c a n b e r e w r i t t e na s

V m - ' d XRd DxVmdt ( 9 )

0 ( t ( D T s T1OFF,T20N ( 1 )

DTStKTS TION,T2OFF ( 2 )

T h e r e f o r e , i n e a c h s w i t c h i n g c y c l e , i f t h e d u t y r a t i o Di s c o n t r o l l e d t o m e e t t h e e q u a t i o n ( 9 ) , t h e e q u a t i o n ( 5 ) i sr e a l i z e d , t h e c o n t r o l g o a l o f a c h i e v i n g u n i t y p o w e r f a c t o ri s r e a l i z e d , t o o . T h i s c o n t r o l s t r a t e g y i s c a l l e d o n e - c y c l ec o n t r o l [ 2 ] - [ 4 ] .

I I I . DESIGN CONSIDERATIONS

F o r c o n s t a n t - f r e q u e n c y o p e r a t i o n a n d s t e a d y - s t a t ea n a l y s i s , t h e average i n d u c t o r v o l t a g e s e c o n d i s

a p p r o x i m a t e l y b a l a n c e d d u r i n g e a c h s w i t c h i n g c y c l e , t h a tis

U L ( O N ) X D T S + U L ( O F F ) x ( 1 - D ) T S =0 ( 3 )

S u b s t i t u t i o n o f ( 1 ) a n d ( 2 ) i n t o ( 3 ) y i e l d s

U , = ( I - D ) U C ( 4 )

I n o r d e r t o a c h i e v e u n i t y power f a c t o r , t h e AC i n p u tc u r r e n t o f t h e r e c t i f i e r i s t o o b t a i n s i n e wave a n d t o t r a c kt he AC i n p u t v o l t a g e i n - p h a s e . i . e . , t h e w a v e f o r m a n d

p h a s e o f t h e D C o u t p u t c u r r e n t i d o f t h e r e c t i f i e r ar e t h esame w i t h t h a t o f t h e DC o u t p u t v o l t a g e U d . T h e r e f o r e ,f o r s t e a d y - s t a t e a n a l y s i s , an e q u i v a l e n t r e s i s t o r R s i s u s e d

t o e m u l a t e t h e n o nl i n ea r l o a d i n c l u d i n g t h e c o m p e n s a t i o nn e t w o r k i n b a c k o f t h e r e c t i f i e r , t h a t i s

U d = i d xR S ( 5 )

C o m b i n a t i o n o f ( 4 ) a n d ( 5 ) y i e l d s

( 6 )

A . O u t p u t F i l t e r I n d u c t a n c e D e s i g n

I t i s very i m p o r t a n t f o r s w i t c h o p e r a t i o n s a f e t y a n d

e f f i c i e n c y t o s e l e c t r e a s o n a b l y t h e o u t p u t f i l t e r

i n d u c t a n c e ( L O ) . T h e l a r g e r L o i s , t h e b i g g e r t h e v o l u m e o f

c o n v e r t e r i s , a n d t h e l e s s t h e p o w e r d e n s i t y i s . H o w e v e r ,t h e l e s s L o i s , t h e l a r g e r t h e c u r r e n t r i p p l e q u a n t i t y a n d

p e a k v a l u e a r e , a n d t h e l a r g e r t h e o u t p u t v o l t a g e r i p p l eq u a n t i t y i s . T h e B u c k c o n v e r t e r ca n o p e r a t e i n c o n t i n u o u s

c o n d u c t i o n mode(CCM) a n d d i s c o n t i n u o u s c o n d u c t i o n

m o d e ( D C M ) , w h i c h mode i s d e c i d e d a c c o r d i n g t o t h eo u t p u t f i l t e r i n d u c t a n c e ( L O ) . T h e b o u n d a r y i n d u c t a n c e

w ho d e c i d e s t h e o p e r a t i o n mode o f t h e B u c k PFCc o n v e r t e r ca n b e c o m p u t e d b y e q u a t i o n ( 1 0 ) [ 5 ] , f r o m

e q u a t i o n ( 1 0 ) , i t ca n b e seen t h a t t h e b o u n d a r y i n d u c t a n c e

i s r e l a t i v e t o t h e s w i t c h i n g p e r i o d , t h e DC v o l t a g ec o n v e r s i o n r a t i o n a n d t h e l o a d .

L _ R T , | s i n c l t l - M A -2 s i n - 'M2 M A 1- M 2L2 2 l s i n t l 1 7 T

( 1 0 )

w h e r e T s i s t he s w i t c h i n g p e r i o d , M i s t he DC v o l t a g ec o n v e r s i o n r a t i o n , a n d R i s t he l o a d .

U =U

a n d

Ud = UC +UL

( I - D ) U , = i , x R s

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B . O u t p u t F i l t e r C a p a c i to r D e s i g n

S u p p o s e t h e o u t p u t f i l t e r c a p a c i t o r ( C O ) i s i n f i n i t e , t h eo u t p u t v o l t a g e i s a c o n s t a n t w i t h o u t r i p p l e . I n p r a c t i c e ,t h e a l t e r n a t i n g c u r r e n t p a r t o f t h e o u t p u t i n d u c t a n c ec u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e c a p a c i t o r ( C O ) , t h u s t h e r i p p l e

v o l t a g e i s p r o d u c e d , a n d i t i s r e l a t i v e t o t h e c a p a c i t o r ( C O ) .I n o r d e r t o a c h i e v e t h a t t h e o u t p u t r i p p l e v o l t a g e i s l e s st h a n n o r m a l ( C.2 % ) , t h e o u t p u t f i l t e r c a p a c i t o r c a n b ec o m p ut e d b y e q u a t i o n ( 1 1 ) .

U d x T S 28LxAU

L < m i n L m a x ( u d -U C U d ) T 1 / d i l I d t max ( 1 6 )

D . PI C o m p e n s a t o r D e s i g n

P I c o m p e n s a t o r i s d e s i g n e d as non-erro r c o m p e n s a t o r ,

w h i c h i s s h o w n i n F i g . 2 , t o k e e p t h e c o m p e n s a t i o n

( 1 1 )0

w h e r e U d i s t h e D C i n p u t v o l t a g e o f t h e c o n v e r t e r , A U Oi s t h e r i p p l e v o l t a g e , L i s t h e o u t p u t f i l t e r i n d u c t a n c e , a n d

T s i s t h e s w i t c h i n g p e r i o d .

C . C o m p e n s a t i o n C a p a c i t o r a n d I n d u c t a n c e D e s i g n

F o r t h e p r o p o s e d B u c k PFC c o n v e r t e r , i t i s c r u c i a l t od e t e r m i n e t h e c o m p e n s a t i o n c a p a c i t o r a n d i n d u c t a n c e ,w h i c h n o t o n l y d e c i d e s t h e c o r r e c t i o n e f f e c t , b u t a l s od e c i d e s t h e p r a c t i c a b i l i t y o f t h e p r o p o s e d c o n v e r t e r . T h ec o m p e n s a t i o n c a p a c i t o r i s d e t e r m i n e d b y t h e r a n g e o f t h ec o m p e n s a t i o n c a p a c i t o r v o l t a g e r i p p l e a n d t h ec o m p e n s a t i o n c a p a c i t y . T h e c o m p e n s a t i o n c a p a c i t o r c a n

b e c o m p ut ed b y e q u a t i o n ( 1 2 ) [ 6 ] .

F i g u r e 2 . P I c o m p e n s a t o r

c a p a c i t o r v o l t a g e c o n s t a n t . F o r d e s i g n i n g P I c o m p e n s a t o r ,t h e c r o s s o v e r f r e q u e n c y ( f c ) i s t a k e n a t o n e - f i f t h t h es w i t c h i n g f r e q u e n c y , a z e r o f r e q u e n c y ( f z ) a n d a p o l ef r e q u e n c y ( f p ) m u s t b e c h o s e n , t h e y w i l l b e c ho se n s o t h a tf J f , = f p / f c , t h e f a r t h e r a p a r t f z a n d f p a r e , t h e g r e a t e r t h ep h a s e m a r g i n a t f c i s . T h e p h a s e m a r g i n a t f c i s 4 5 O s o t h a tt h e s y s t e m i s s t a b l e . f z i s l e s s t h a n f c i n o r d e r t o e l i m i n a t es t e a d y - s t a t e e r r o r , a n d f p i s m o r e t h a n h a l f o f f c s o a s t om i n i m i z e h i g h - f r e q u e n c y n o i s e s p i k e s . T h e r e f o r e , f r o mF i g . 2 , t h e c a p a c i t o r C 1 , C 2 a n d t h e r e s i s t o r R 2 c a n b ec h o s e n b y e q u a t i o n ( 1 7 ) a n d ( 1 8 ) .

P2 2

2 f C m a x Cmin

( 1 2 )

w h e r e U C m a x a n d U c m i n a r e t h e maximum a n d t h em i n i m u m o f t h e c o m p e n s a t i o n c a p a c i t o r v o l t a g e , f i s t h es y s t e m f r e q u e n c y , a n d P i s t h e c o m p e n s a t i o n c a p a c i t y .

I n t h e o r y , t h e l a r g e r t h e c o m p e n s a t i o n c u r r e n t c h a n g er a t i o ( d i J / d t ) i s , t h e b e t t e r t h e c o m p e n s a t o r y e f f e c t i s .

H o w e v e r , t h e l e s s t h e c o m p e n s a t i o n i n d u c t a n c e i s , t h el a r g e r d i J / d t i s , a n d t h e l a r g e r t h e c o m p e n s a t i o n c u r r e n tr i p p l e a l s o i s , w h i c h i n f l u e n c e s t h e e f f e c t o f t h ec o m p e n s a t i o n . I n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e e f f e c t o f t h e

c o m p e n s a t i o n , t h e m i n i m u m o f t h e c o m p e n s a t i o n c u r r e n tc h a n g e r a t i o i s m o r e t h a n t h e maximum o f t h e l o a dc u r r e n t c h a n g e r a t i o [ 6 ] , t h a t i s

m i n L m a x ( K I , K 2 , ) T T > d i j / d i m a x ( 1 3 )

w h e r e

K1 =( U d - U c ) ' LK2 = U d I L

T 1 O N , T 2 OFF

T 1 O F F , T 2 ON

S u b s t i t u t i o n o f ( 1 4 ) a n d ( 1 5 ) i n t o ( 1 3 ) y i e l d s t he f o r m u l a

o f c o m p u t i n g t h e c o m p e n s a t i o n i n d u c t a n c e .

f , =1 / 2 ; r R 2 C 1

f p = 1 / 2 / T R 2 C 2

( 1 7 )

( 1 8 )

P I c o m p e n s a t o r t r a n s f e r f u n c t i o n i s s h o w n b y e q u a t i o n( 1 9 ) .

H ( s ) = k +S1+S/w

( 1 9 )

I V . SIMULATION AND E XP E RIM E N TA L RESULTS

A c c o r d i n g t o t h e d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s o f S e c t i o n I I I ,t h e p r o p o s e d s i n g l e - p h a s e B u c k PFC c o n v e r t e r i s

s i m u l a t e d , a n d t h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n s a r e a s f o l l o w s :t h e AC i n p u t v o l t a g e V = 1 1 O V ; t h e s w i t c h i n g f r e q u e n c yf s = 2 0 k H z ; t h e l o a d R= 1 0 Q; t h e o u t p u t f i l t e r i n d u c t a n c eL O = l m H ; t h e o u t p u t f i l t e r c a p a c i t o r C O = 4 7 0 u f ; t h ec o m p e n s a t i o n i n d u c t a n c e L = 2 2 u H ; t h e c o m p e n s a t i o nc a p a c i t o r C = 1 5 0 u f . An i n d u c t a n c e L s i s l i n k e d w i t h t h ei n p u t o f t h e r e c t i f i e r s o a s t o d e c r e a s e t h e i n p u t c u r r e n tr i p p l e , a n d L s = 1 5 0 u f ; P I c o m p e n s a t o r d e s i g n p a r a m e t e r s :

t h e c r o s s o v e r f r e q u e n c y f , = 4 k H z ; t h e z e r o f r e q u e n c y f z =5 3 H z ; t h e p o l e f r e q u e n c y f p = 3 0 0 k H z ; R 1 = 1 K Q ;

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R2=IOKQ; C 1 = 3 0 0 n f ; C 2 = 5 3 p f . F i g . 3 s h o w s t h e i n p u tv o l t a g e a n d c u r r e n t s i m u l a t i o n w a v e f o r m s o f t h e r e c t i f i e rw i th ou t c o m p e n sa t i on . F i g . 4 s h o w s t h e i n p u t v o l t a g e a n dc u r r e n t s i m u l a t i o n w a v e f o r m s w i t h c o m p e n s a t i o n . F r o mF i g . 3 - 4 , i t c a n b e s e e n t h a t t h e i n p u t c u r r e n t i s s e v e r ed i s t o r t i o n w i t h o u t c o m p e n s a t i o n , h o w e v e r , w i t h

c o m p e n s a t i o n , t h e i n p u t c u r r e n t w a v e f o r m i s i m p r o v e de v i d e n t l y t o c l o s e t o s i n e w a v e , a n d t o k e e p i n - p h a s e w i t ht h e i n p u t v o l t a g e w a v e f o r m , s o t h a t t h e p o w e r f a c t o r i sc l o s e t o u n i t y , a n d T HD i s l o w .An e x p e r i m e n t a l c i r c u i t h a s b e e n b u i l t t o v e r i f y t h e

a n a l y s i s a n d s i m u l a t i o n d e s c r i b e d a b o v e . T h e c i r c u i tp a r a m e t e r s a r e a l l t h e s a m e a s t h o s e o f s i m u l a t i o n . T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g . 5 - 6 . T h e y a r ei d e n t i c a l t o t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s . T h e t h e o r e t i c a la n a l y s i s i s c o n f i r m e d b y t h e r e s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n a n dt h e e x p e r i m e n t .

C h i l 1 0 0 v 500M O.Oms A C h i f 0 . 0 0 V

F i g u r e 5 . T h e i n p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t e x p e r i m e n t a l w a v e f o r m s o ft h e r e c t i f i e r w i t h o u t c o m p e n s a t i o n

1 0

-, 6 0 _6 U I / \ / \_~IN

20 -

-2 0 -

- 1 0 ' _

4 n

3_3-~~~~L- 4 0 1

v

-5 U0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0

F i g u r e 3 . T h e i n p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t s i m u l a t i o n w a v e f o r m s o f t h er e c t i f i e r w i t h o u t c o m p e n s a t i o n

100--fII\j,<~~~~~~~IxI

I/

6utIf

o r f I I J I 1 L

-L L I J r I4 f I v A

1 0 , j j X

0 10 2 0 30 4 0 5 0 6 0 0

F i g u r e 4 . T h e i n p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t s i m u l a t i o n w a v e f o r m s w i t hc o m p e n s a t i o n

V . CONCLUSION

I n t h i s p a p e r , a new B u c k PFC c o n v e r t e r t o p o l o g y i s

p r e s e n t e d , t h e o n e - c y c l e c o n t r o l m e t h o d i s a d o p t e d , n o

m u l t i p l i e r s a n d v o l t a g e s e n s o r s a r e r e q u i r e d i n t h e c o n t r o ll o o p , a n i n t e g r a t o r w i t h r e s e t i s e m p l o y e d a s c o r e

c o m p o n e n t t o c o n t r o l t h e d u t y r a t i o , s o t h a t t h e AC i n p u tc u r r e n t i s s i n e wave a n d t r a c k s c l o s e l y t h e i n p u t v o l t a g e ,t h e p o w e r f a c t o r i s c l o s e t o u n i t y , t h e t o t a l h a r m o n i c

d i s t o r t i o n ( T H D ) i s l o w , t h i s c o n t r o l m e t h o d i s s i m p l y

a n d h i g h e f f i c i e n c y . An e x p e r i m e n t a l e x a m p l e i sp r e s e n t e d i n t h i s p a p e r , t h e o p e r a t i o n p r i n c i p l e a n d

7bo Cm2 M1 A l Ch I 0 . 0 0 V

F i g u r e 6 . T h e i n p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t e x p e r i m e n t a l w a v e f o r m s w i t hc o m p e n s a t i o n

p a r a m e t e r s d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s a r e a n a l y z e d i n d e t a i l .T h e r e s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n a n d t h e e x p e r i m e n t a r ep r e s e n t e d , a n d t h e r e s u l t s v e r i f y t h e f e a s i b i l i t y a n d

v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d c o n v e r t e r t o p o l o g y a n d c o n t r o ls t r a t e g y .

REFERENCES

[ 1 ] D e n g C h a o - p i n g , L i n g Z h i - b i n , Y a n g X i - j u n . P o w e r f a c t o r

c o r r e c t i o n o f s i n g l e p h a s e B u c k c o n v e r t e r i n

D i s c o n t i n u o u s - c a p a c i t o r - V o l t a g e m o d e o p e r a t i o n . J o u r n a l o f

S h a n g H a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y . v o l . 3 8 , n o . 8 , p p : 1 2 9 6 - 1 2 9 9 ; A u g .

2 0 0 4 .

[ 2 ] X i e P i n F a n g , Du X i o n g , Z h o u L u o w e i . O n e c y c l e c o n t r o l l e d DC

s i d e s i n g l e p h a s e a c t i v e p o w e r f i l t e r . T r a n s a c t i o n o f C h i n aE l e c t r o t e c h n i c a l S o c i e t y . v o l . 1 8 , n o . 4 , p p : 5 1 - 5 5 , A u g . 2 0 0 3 .

[ 3 ] Q . C h o n g m i n g , K . M . S m e d l e y a n d F . M a d d a l e n o . A s i n g l e - p h a s e

It I A Is It fU r

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a c t i v e p o w e r f i l t e r w i t h o n e - c y c l e c o n t r o l u n d e r u n i p o l a r o p e r a t i o n .

I E E E T r a n s . C i r c u i t a n d S y s t e m s . v o l . 5 1 , n o . 8 , p p : 1 6 2 3 - 1 6 2 9 ,

A u g . 2 0 0 4 .

[ 4 ] K . M . S m e d l e y , Z . L u o w e i a n d Q . C h o n g m i n g . U n i f i e d

c o n s t a n t - f r e q u e n c y i n t e g r a t i o n c o n t r o l o f a c t i v e p o w e r

f i l t e r s s t e a d y - s t a t e a n d d y n a m i c s . I E E E T r a n s . P o w e r E l e c t r o n i c s ,

v o l . 1 6 , n o . 3 , p p : 4 2 8 - 4 3 6 . M a y . 2 0 0 1 .

[ 5 ] J . S e b a s t i a n , J . A . C o b o s , P . G i l a n d J . U c e d a . T h e d e t e r m i n a t i o n o f

t h e b o u n d a r i e s b e t w e e n c o n t i n u o u s a n d d i s c o n t i n u o u s c o n d u c t i o n

m o d e s i n PWM D C - t o - D C c o n v e r t e r s u s e d a s p o w e r f a c t o r

p r e r e g u l a t o r s . I n I E E E P o w e r E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t s C o n f .

1 9 9 2 . p p : 1 0 6 1 - 1 0 7 0 .

[ 6 ] Du X i o n g , Z h o u L uo we i , X i e P i n F a n g . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n

c o m p e n s a t i o n p e r f o r m a n c e a n d m a i n c i r c u i t p a r a m e t e r o f DC s i d e

A P F . P r o c e e d i n g s o f t h e C S E E . v o l . 2 4 , n o . 1 1 , p p : 3 9 - 4 2 , N o v . 2 0 0 4 .

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