基于復(fù)合型單開關(guān)PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

摘要：為了解決計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源保持時(shí)間問題，確保輸出電壓在一段時(shí)間穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。確保計(jì)算機(jī)在出現(xiàn)輸入故障是有足夠的時(shí)間備份數(shù)據(jù)或者切換到不間斷電源(UPS)下工作。為此提出了一種復(fù)合型單開關(guān)PFC預(yù)調(diào)器、并根據(jù)需求進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以減小儲(chǔ)能電容的容量，使輸出電流諧波滿足IEC1000-302的要求。
關(guān)鍵詞：DC／DC變換器；復(fù)合型單開關(guān)PFC預(yù)調(diào)器；預(yù)調(diào)器設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的APFC變換器可以分為兩級(jí)和單機(jī)兩種類型，其中兩級(jí)型PFC變換器包括前級(jí)的PFC預(yù)調(diào)節(jié)器和后級(jí)的DC／DC變換器。PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓調(diào)節(jié)在380 V。因?yàn)椴粚?duì)稱半橋(AHB)變換器結(jié)構(gòu)簡單并具有零電壓開關(guān)特性，因此要求CPFC的容量需要足夠大，以保證在保持時(shí)間內(nèi)AHB變換器的輸入電壓變化不大，為了減小CPFC的容量，在PFC變換器和AHB變換器之間加入一級(jí)Boost變換器，從而解決所存在的問題。

1 應(yīng)用于后級(jí)的DC／DC變換器
一般情況下應(yīng)用于后級(jí)的兩級(jí)PFC AC／DC變換器如圖1所示。

在大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中電源都要求要有一定的保持時(shí)間。保持時(shí)間是指在輸入電壓突然斷電后電源保持輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)的時(shí)間。這項(xiàng)要求可以確保計(jì)算機(jī)在出現(xiàn)輸入故障是有足夠的時(shí)間備份數(shù)據(jù)或者切換到不間斷電源(UPS)下工作。在此期間，由電源中的儲(chǔ)能電容CPFC向負(fù)載提供能量。因?yàn)檩斎霐嚯姾鬀]有能量輸入，所以CPFC的兩端的電壓會(huì)逐漸下降到零。這樣后級(jí)DC／DC變換器的輸入電壓會(huì)變化過大，但是AHB變換器的輸入電壓變化范圍比較小，負(fù)責(zé)將失去她的一些優(yōu)點(diǎn)。因此CPFC的容量需要足夠大，以保證在保持時(shí)間內(nèi)AHB變換器的輸入電壓變化不大。

為了減小CPFC的容量，在PFC變換器和AHB變換器之間加入一級(jí)Boost變換器，如圖2所示。正常工作條件下第一級(jí)變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正，加入的Boost變換器作為DC／DC級(jí)工作在電流連續(xù)模式下。當(dāng)輸入掉電時(shí)，加入的Boost變換器能將存儲(chǔ)在CPFC上的能量全部傳到負(fù)載，因此可以大大減小CPFC的容量。但圖2所示的三級(jí)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，增加了電路的成本和體積，并且效率不高。為了簡化這樣的三級(jí)結(jié)構(gòu)，可以將前兩集合為一級(jí)，為此提出了一種復(fù)合型單開關(guān)PFC預(yù)調(diào)器。

2 拓?fù)涞奶岢?br /> 圖3所示是一種復(fù)合型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，其中PFC變換器與Boost變換器共用開關(guān)管VT。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，整流后的交流輸入電壓通過二極管VD2向Lb1充電，同時(shí)CPFC向Lb2充電。當(dāng)VT關(guān)斷后，Lb1通過VD1向CPFC放電，Lb2向負(fù)載提供能量。為了獲得較高的功率因數(shù)，Lb1工作在電流斷續(xù)模式。電容CB兩端的電壓控制在420 V，作為下一級(jí)AHB變換器的輸入電壓。輸入掉電后，Lb1不工作，Boost變換器將CPFC上儲(chǔ)存的能量傳遞到CB，使其電壓穩(wěn)定在420 V。因此后以及AHB變換器的輸入電壓基本保持不變，便于她的優(yōu)化設(shè)計(jì)。