Modeling and development of a bridgeless PFC Boost rectifier

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. RESUMEN Este artículo propone un modelo para rectificadores elevadores PFC (Power Factor Correction por sus siglas en inglés) sin puente para propósitos de control y basado en el análisis del promedio de pequeña señal. A partir de las leyes circuitales, cuatro modos de operación son definidos y explicados, asegurando una relación entre las variables físicas del convertidor. Basados en el modelo propuesto, dos lazos cerrados de control compuestos por controladores lineales Proporcionales e Integrales (PI) son propuestos. Algunas consideraciones de diseño para dimensionar los elementos reactivos son incluidas, de tal forma que se obtienen valores mínimos para su inductancia y capacitancia. Se presenta la implementación de un prototipo de 900 W con resultados experimentales que permite validar y reafirmar el modelo propuesto. Los resultados experimentales demuestran que el uso del convertidor PFC permite elevar el factor de potencia FP a 0,99 o más y reducir el THD i (Total Harmonic Distortion of the Current por sus siglas en Inglés) a 3,9 %, además de controlar el bus DC en la salida. Se verifica experimentalmente que el convertidor PFC desarrollado está de acuerdo con los estándares de calidad de la potencia EN 61000-3-2 (IEC 1000-3-2).