一款基于無橋APFC電路的單周期控制方案與應用

引言

隨著電力電子技術的發(fā)展，電網(wǎng)中整流器、開關電源等非線性負載不斷增加。這些存在沖擊性的用電設備，將引起網(wǎng)側輸入電流發(fā)生嚴重畸變，產(chǎn)生大量諧波污染，導致電網(wǎng)功率因數(shù)過低，所以提高功率因數(shù)勢在必行。

早期功率因數(shù)校正采用在整流器后加濾波電感電容實現(xiàn)，功率因數(shù)一般只有0.6左右;在20世紀90年代，有源功率因數(shù)校正(APFC)產(chǎn)生，是在整流器和負載之間接入一個DC/DC 開關變換器，其基本原理是通過控制電路強迫交流輸入電流波形跟蹤交流輸入電壓波形，從而實現(xiàn)交流電流波形正弦化，并與交流輸入電壓波形同步，功率因數(shù)可提高到0.99以上。

APFC 電路拓撲

1、傳統(tǒng)有橋APFC拓撲

傳統(tǒng)BoostAPFC 電路組成由整流橋和PFC 組成，如圖1所示。工作時流通路徑有三個半導體工作，功率因數(shù)低。當變換器功率和開關頻率提高時，系統(tǒng)通態(tài)損耗明顯增加，整體效率低，且控制電路較復雜。

2、基本無橋APFC拓撲

針對傳統(tǒng)有橋電路的問題，本文提出了既能提高PF而且通態(tài)損耗低的無橋電路，如圖2所示。表1為有橋拓撲和無橋拓撲的對比。

從表1看出，當MOSFET導通和關斷時，無橋APFC相對于有橋APFC 都節(jié)省了一個二極管。經(jīng)過理論計算后得出，無橋拓撲APFC 在全功率輸入時，可提高約1%的效率。而且無橋拓撲更利于電路集成化。但基本無橋Boost APFC 電路存在共模干擾嚴重、電流采樣難的問題。

3、雙二極管式無橋APFC拓撲

為了解決基本無橋Boost APFC 電路EMI 嚴重、電流采樣難的問題，對基本無橋Boost APFC 電路加以改進，如圖3所示，在基本無橋Boost APFC 電路上增加兩個快恢復二極管VD3和VD4。