Modeling and development of a bridgeless PFC Boost rectifier

Abstract

ABSTRACT:This paper proposes a model of the bridgeless PFC (Power Factor Correction) boost rectifier for control purposes based on an averaged small-signal analysis. From circuital laws, four operation modes are defined and explained, ensuring a relationship of physical variables in the converter. Based on the proposed model, two-loop cascade control structures composed of Proportional-Integral (PI) lineal controllers are proposed. Design consideration for dimensioning reactive elements is included, providing minimum values for their inductance and capacitance. Implementation of a laboratory prototype of 900 W and experimental results are presented to validate and reaffirm the proposed model. Experimental results demonstrate that the use of the bridgeless PFC boost converter model allows the Power Factor (PF) to be elevated up to 0.99, to reduce the THD i (Total Harmonic Distortion of the Current) to 3.9% and to control the DC voltage level on output. Compliance of standards of power quality EN 61000-3-2 (IEC 1000-3-2) are experimentally verified.

Banda de Histéresis Adaptativa para un Convertidor AC-DC Elevador sin Puente, con Correccion del Factor de Potencia y Control por Modos Deslizantes

“…1. El SBLB PFC puede descomponerse en dos convertidores elevadores operativos según el semi-ciclo de la red (Mejía-Ruiz et al, 2017), por lo que se modela el sistema para cada semiciclo. El SBLB PFC posee dos interruptores Q1 y Q2, cuatro diodos D1, D2, D3, y D4, dos inductores L1 y L2, un condensador C y la resistencia de carga RL (Alam et al, 2017;Jovanovic y Jang, 2005;Xu et al, 2014).…”

“…Las ecuaciones (1) y (2) representan el modelo del sistema que es obtenido con base en las leyes de Kirchhoff y los estados de conmutación de Q1 y Q2. u=1se establece cuando los interruptores están cerrados, mientras que u=0 se establece cuando los interruptores están abiertos (Mejía-Ruiz et al, 2017). (Utkin, 2016).…”

“…1 (Alsmadi et al, 2017;y Yonglu et al, 2017). Este sistema requiere que el ancho de banda del controlador interno sea al menos 10 veces mayor que el ancho de banda del controlador externo (Mejía-Ruiz et al, 2017). El lazo externo (bloque de control PI, Fig.…”

“…El convertidor AC-DC elevador sin puente (SBLB PFC, Semi Bridgeless Boost Power Factor Correction) presenta oscilaciones de amplitud y frecuencia finita alrededor de la señal de referencia (Muñoz-Galeano et al, 2016); este fenómeno, llamado "rizado" en la literatura de electrónica de potencia o "chattering" en la teoría de control reduce la precisión del controlador, incrementa las pérdidas de potencia y aumenta la distorsión armónica total en la corriente de entrada (THDi; Total Harmonic Distortion in input current) (Utkin et al, 2017;Young et al, 1999). El control lineal con modulación PWM puede: reducir el rizado y el THDi, aumentar el factor de potencia (PF, Power Factor) (Mejía-Ruiz et al, 2017;Huang et al, 2017;Kim et al, 2014), reducir el ruido de modo común (Man et al, 2017), incrementar la eficiencia (Alam et al, 2017;Bin y Lu, 2015;Chih-Chiang et al, 2016) y reducir la cantidad de sensores necesarios para el control de los convertidores electrónicos de potencia Musavi et al, 2013). No obstante, el diseño de este controlador se realiza con base en el modelo lineal del convertidor y parámetros constantes; además, el cambio en la región de operación del convertidor y la variación de los parámetros limita la regulación y la respuesta dinámica del control lineal, estando inhabilitado para compensar perturbaciones significativas en la fuente o en la carga (Mohanty y Panda, 2017).…”

Optimal IP Current Controller Design Based on Small Signal Stability for THD Reduction of High-Power Density PFC Boost Converter

“…based on the power applications, there are more types of PFC converters which widely used, such as the Conventional PFC boost converter [5][6][7], the bridgeless PFC boost converter [8,9], and the interleaved PFC boost converter [10,11]. For telecom applications, conventional PFC boost converter is the mostly used circuit because its good performance with economic, simplest and less requirements of the power and control circuits design [1,12], the target of this paper is to improve the performance of the telecom power supply conventional PFC stage by optimized the control technique of the boost converter controllers in order to offer converter with unity power factor by reducing the THD of the input supply current.…”