單極隔離式功率因數(shù)校正（PFC）變換器

1引言

現(xiàn)代開關(guān)電源的主要發(fā)展趨向之一是提高AC/DC變換器輸入端功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。傳統(tǒng)的AC/DC開關(guān)變換器輸入端是二極管整流—電容濾波組合電路，其輸入端電流波形呈脈沖狀，交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)只有06～07，電流的總諧波畸變THD(TotalHarmonicDistortion)達(dá)到100％。(功率因數(shù)為0999時(shí)，THD約為3％)[1]。因此進(jìn)行網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正成為目前研究的熱點(diǎn)之一。

目前研究和應(yīng)用得最多的隔離式高功率因數(shù)變換器要用兩級(jí)DC/DC開關(guān)變換器串聯(lián)，成本增加15％～20％。這種電路的最大缺點(diǎn)是需多個(gè)元器件，成本高，效率低，尤其在中小功率場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，很不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于小功率AC/DC變換器，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在研究開發(fā)單級(jí)高功率因數(shù)電路，功率因數(shù)可達(dá)09，而成本只增加5％。因而研究單級(jí)功率因數(shù)校正及變換技術(shù)已成為很迫切的要求。

為了減小PFC變換器的尺寸，降低成本，研究人員嘗試把PFC和隔離式DC/DC變換集成為單個(gè)功率級(jí)，同時(shí)完成輸入功率因數(shù)為1和輸出電壓恒定的功能。R.Erickson[2]在1990年較早地提出了建立在反激變換器基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)單功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)。接下來(lái)的幾年里，M.H.Kherulawa[3]等人陸續(xù)提出了幾種單級(jí)PFC技術(shù)，但所有這些方案都有輸出電壓調(diào)節(jié)慢，控制復(fù)雜和效率低等缺點(diǎn)。1994年，RichardRedl[4]等提出了一系列新型單級(jí)隔離式功率因數(shù)校正變換器，克服了上述缺點(diǎn)，具有快速調(diào)節(jié)輸出電壓，只需一個(gè)或共同控制的兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)PWM控制電路和自動(dòng)整定線電流的優(yōu)點(diǎn)。RichardRedl的這項(xiàng)技術(shù)獲得了專利。之后，許多研究者在此基礎(chǔ)上研究出各種更完善的單級(jí)隔離式PFC變換器，它們與先前研究的變換器相比，在降低貯能電容電壓，減少諧波失真和快速調(diào)節(jié)輸出響應(yīng)等方面有很大的改善。

2單級(jí)隔離式變換器的結(jié)構(gòu)圖

單級(jí)隔離式PFC變換器的功率流圖如圖1所示，而傳統(tǒng)的兩級(jí)變換的隔離式PFC電路的功率流圖如

圖1單級(jí)式PFC變換器結(jié)構(gòu)圖

圖2兩級(jí)式PFC變換器結(jié)構(gòu)圖

圖3基本BOOST單級(jí)隔離式PFC變換器

圖4帶有再生鉗位的BOOST反激型單級(jí)隔離式PFC變換器

圖5帶有源鉗位和軟開關(guān)的BOOST反激型單級(jí)

圖6單級(jí)充電激勵(lì)式PFC變換器

圖2所示。

比較圖1和圖2，單級(jí)隔離式變換器通過(guò)控制開關(guān)的通斷，電路同時(shí)滿足了輸入側(cè)高功率因數(shù)和輸出側(cè)電壓的穩(wěn)定與快速調(diào)節(jié)。PFC單元與DC/DC變換單元的開關(guān)由同一個(gè)PWM控制信號(hào)控制，而兩級(jí)變換器的控制電路相互獨(dú)立。