單極隔離式功率因數(shù)校正（PFC）變換器

開關(guān)S在Vm被鉗位到母線電壓時(shí)，來自PFC單元的電流為零，開關(guān)電流僅來自DC/DC單元。因此，電流應(yīng)力很小，與DC/DC變換器的基本相同。換句話說，也就是PFC單元不增加動(dòng)作和開關(guān)損耗，變換器有較高的功率變換效率。這是這種變換器的主要優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，這種變換器可在滿載的05％到滿載情況下最高貯能電容電壓應(yīng)力仍低于一般單級(jí)隔離式PFC變換器中的貯能電容電壓，而且在負(fù)載的05％情況下還能調(diào)節(jié)輸出電壓，這可應(yīng)用在某些特殊場合。

(4)全橋式單級(jí)PFC變換器

圖7給出了ZVS(零電壓開關(guān))、全橋式單級(jí)PFC變換器。它在一般的全橋式PFC變換器中加入了含一個(gè)開關(guān)的輔助電路來實(shí)現(xiàn)ZVS，且ZVS可在大的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)有小的電壓、電流應(yīng)力，開關(guān)損耗幾乎為零，EMI噪聲很低。次級(jí)部分的整流二極管在ZCS(零電流開關(guān))和ZVS下動(dòng)作，初級(jí)有源器件在ZVS下動(dòng)作。這個(gè)特點(diǎn)很重要是因?yàn)樵诟唠妷?、高頻率開關(guān)電源的開關(guān)損失中，主要的損失是由二級(jí)管反向恢復(fù)損失產(chǎn)生的，而不是有源器件。這種變換器可應(yīng)用在較高功率場合。然而，它也存在著電路拓?fù)鋸?fù)雜，需要器件較多，增加費(fèi)用的缺點(diǎn)，而且輔助開關(guān)的峰值電流應(yīng)力比主開關(guān)的要高，但是有效電流應(yīng)力低。

還有一些具有低諧波失真及軟開關(guān)特性的單級(jí)PFC變換器，其拓?fù)浯蠖噍^為復(fù)雜，在此不多敘述。

32并聯(lián)式單級(jí)PFC變換器

所謂單相兩級(jí)并聯(lián)PFC就是為同時(shí)能獲得單位輸入功率因數(shù)并調(diào)節(jié)輸出電壓，大約68％的平均輸入功率(P1)可通過一個(gè)功率變換級(jí)送到輸出端，僅有剩下的32％的功率(P2)需要處理兩次。功率流圖見圖8。

新型的并聯(lián)式單級(jí)PFC變換只有一個(gè)功率變換級(jí)，同時(shí)處理輸入功率(P1)和余下的32％功率(P2)。功率流圖見圖9。

下面給出一種并聯(lián)式單級(jí)BOOST型PFC變換器，如圖10所示。與串聯(lián)式單級(jí)PFC變換器相比，它具有較高的變換效率，但是電路復(fù)雜。因此，近年來研究、應(yīng)用較多的大多是電路簡單的串聯(lián)式單級(jí)PFC變換器。

4控制方案

單級(jí)隔離式PFC變換器的優(yōu)點(diǎn)之一就是控制簡單，僅用一個(gè)電路即可。目前單級(jí)PFC變換器的控制方法有電壓反饋單環(huán)控制；也有用電流峰值控制的，它比電壓反饋控制多了一個(gè)電流環(huán)，除了保持輸出電壓穩(wěn)定還可控制電感電流，但這種控制方法需斜率補(bǔ)償，對(duì)噪聲敏感；另外，還有用平均電流控制法，例如前面提到的全橋式單級(jí)PFC變換器，平均電流控制法具有電路穩(wěn)定性能好，電壓輸入范圍寬，無需斜率補(bǔ)償，測量精度高和適用的功率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。單級(jí)隔離式PFC變換器的主要特點(diǎn)之一就是成本低，因此，人們應(yīng)用較多的還是電壓反饋單環(huán)控制或電流峰值控制法，平均電流控制法雖然性能好，但費(fèi)用高，背離了設(shè)計(jì)單級(jí)PFC變換器的初衷，所以僅用在少數(shù)功率較高的場合。M.H.L.Chow[11]等人在1998年首次提出了同時(shí)控制導(dǎo)通比和頻率的控制方案。這種方案通過改變導(dǎo)通比來調(diào)節(jié)輸出電壓，改變頻率獲得單位功率因數(shù)和低電壓應(yīng)力，同時(shí)獲得三種功能。而1994年Jovanovicetal[12]提出的變頻控制方案，不能減少諧波失真。目前，在單級(jí)隔離式PFC變換器中，變頻控制因它帶來的負(fù)面影響應(yīng)用得還很少，但應(yīng)用它可解決某些疑難問題，例如：所有的單級(jí)隔離式PFC變換器都存在一個(gè)固有的問題，當(dāng)負(fù)載超過最大負(fù)載值時(shí)，貯能電容電壓繼續(xù)上升。這時(shí)就可通過當(dāng)貯能電容上電壓達(dá)到最高值時(shí)增大開關(guān)頻率來解決這個(gè)問題。

圖10并聯(lián)式單級(jí)BOOST型PFC變換器

5小結(jié)

本文總結(jié)了幾種各具特色的單級(jí)隔離式PFC變換器，并在此基礎(chǔ)上討論了控制方案。單級(jí)功率因數(shù)校正及變換技術(shù)這門20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的高效、低成本和實(shí)用的新技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于小功率的家用電器，充電電池和計(jì)算機(jī)電源等場合。今后，各種單級(jí)隔離式PFC變換技術(shù)必將得到進(jìn)一步的深入研究，并在小功率開關(guān)電源領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。