改進(jìn)的單級(jí)功率因數(shù)校正AC/DC變換器的拓?fù)渚C述

摘要：單級(jí)功率因數(shù)校正(簡稱單級(jí)PFC)由于控制電路簡單、成本低、功率密度高在中小功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。但是，單級(jí)PFC中存在一些問題，如儲(chǔ)能電容電壓隨輸入電壓和負(fù)載的變化而變化，在輸入高壓或輕載時(shí)，電容電壓可能達(dá)到上千伏；變換器的效率低；開關(guān)損耗大等缺點(diǎn)。介紹了幾種改進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以解決這些問題。

    關(guān)鍵詞：功率因數(shù)校正；AC/DC變換器；單級(jí)

1 概述

為了減小對(duì)交流電網(wǎng)的諧波污染，國內(nèi)外都制訂了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC1000-3-?2）。因此，要求交流輸入電源必須采取措施降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。目前廣泛采用的有源功率因數(shù)校正方法有兩種，即兩級(jí)PFC和單級(jí)PFC。兩級(jí)PFC方案[1]如圖1所示，將PFC級(jí)輸出端與DC/DC變換器相串聯(lián)，兩級(jí)控制電路相互獨(dú)立。

PFC級(jí)使輸入電流跟隨輸入電壓，使輸入電流正弦化，提高功率因數(shù)，減少諧波含量。后接的DC/DC級(jí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)。由于采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，電路復(fù)雜，裝置費(fèi)用高，效率低。在小功率應(yīng)用場(chǎng)合，兩級(jí)PFC很不適用。因此，研究單級(jí)PFC及變換技術(shù)成為電力電子領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要課題。

    單級(jí)PFC[2][3]將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，占空比恒定，因此，要求PFC級(jí)的電流能自動(dòng)跟隨輸入電壓，雖然，單級(jí)PFC變換器的輸入電流不是正弦波，PF值不如兩級(jí)方案高，但由于IEC1000-3-2只對(duì)電流諧波含量有要求，對(duì)PF值沒有嚴(yán)格的要求，單級(jí)PFC變換器的輸入電流諧波足以滿足IEC1000-3-2。而且由于采用單級(jí)結(jié)構(gòu)，電路簡單，成本低，功率密度高。

因此，單級(jí)PFC變換器在小功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)單級(jí)PFC的拓?fù)溥M(jìn)行了分析，指出了存在的問題，介紹了幾種改進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以解決這些問題。

2 單級(jí)隔離式Boost PFC電路的分析及存在的問題

典型的單級(jí)隔離式BoostPFC電路如圖2所示，該拓?fù)涫怯缮龎盒蚉FC級(jí)和正激式DC/DC變換器組合而成。有源開關(guān)S為共享開關(guān)，CB為緩沖電容。通過控制S的通斷，電路同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。

眾所周知，電流斷續(xù)模式（DCM）的Boost變換器，在固定占空比下電流自動(dòng)跟隨輸入電壓，因此，PFC級(jí)工作在DCM下可以得到較高的功率因數(shù)。但是，輸入和輸出電感電流的峰值較高，增加了有源開關(guān)的電流應(yīng)力和開關(guān)損耗；變換器的效率低；另外電路需要一個(gè)更大的EMI濾波器。如果要求減小開關(guān)器件的電壓、電流應(yīng)力，那就需要PFC級(jí)工作在電流連續(xù)模式（CCM）下，同時(shí)可以提高整個(gè)變換器的效率并減小EMI。如在圖2的a和b之間加一電感L1，可以使PFC級(jí)工作在CCM下。對(duì)于DC/DC變換器而言，為了提高變換器的效率，一般工作在CCM下，因此，占空比不隨負(fù)載變化。當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，輸出功率減小，而PFC級(jí)輸入功率同重載時(shí)一樣，則充入儲(chǔ)能電容的容量大于從儲(chǔ)能電容抽走的能量，導(dǎo)致儲(chǔ)能電容電壓上升。為了保持輸出電壓一致，電壓反饋環(huán)調(diào)節(jié)輸出電壓，使占空比減小，輸入能量也相應(yīng)減小，

[1] [2] [3] [4] 

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