單級(jí)PFC變換器的功率因數(shù)校正效果的研究
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1 前言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179397.htm為了使開關(guān)電源的輸入電流諧波滿足要求，必須加入功率因數(shù)校正（PFC）。目前應(yīng)用得最廣泛的是PFC級(jí)＋DC/DC級(jí)的兩級(jí)方案，它們有各自的開關(guān)器件和控制電路。這種方案能夠獲得很好的性能，但它的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，成本高。
近年來，提出了很多單級(jí)功率因數(shù)校正AC/DC變換器[1]，特別是在小功率應(yīng)用場合。在單級(jí)PFC變換器中，PFC級(jí)和DC/DC級(jí)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)輸入電流和輸出電壓的調(diào)節(jié)，它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，成本低。
本文分析了單級(jí)PFC變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正的效果，并分析了輸入電流的畸變，得出了變換器的功率因數(shù)表達(dá)式，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。
2 功率因數(shù)校正的效果
如圖1所示，單級(jí)功率因數(shù)校正變換器通常由Boost變換器和DC/DC變換器組成[1,2]。電路的主要電流波形如圖2所示。
2.1 電路的工作原理
因?yàn)?，開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于交流輸入電源的頻率，所以，假設(shè)在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，vAC為恒定值。
圖1 單級(jí)PFC變換器
圖中：vAC為交流輸入電源；
L1為Boost電感；
C1為中間儲(chǔ)能電容；
RL為變換器負(fù)載。
圖2 電路的主要電流波形
圖中：ugs為開關(guān)管S的控制信號(hào)；
Ts為開關(guān)周期；
D為占空比。
在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電路的工作過程如下。
狀態(tài)1[t0－t1] S，D2和D3導(dǎo)通，D1和D4截止，電源vAC向電感L1充電，流過電感L1上的電流線性增長，C1經(jīng)T1向Lo，Co和RL放電。S在t1時(shí)刻截止，電感L1上的電流為最大值：
iL1,P=
DTs （1）
iD1=0，iD2=iL1 （2）
狀態(tài)2[t1－t2] S，D2和D3截止，D1和D4導(dǎo)通，vAC和L1通過D1給C1充電，負(fù)載RL兩端電壓由Lo和Co的儲(chǔ)能維持。在t2時(shí)刻，L1中的能量完全釋放，電流為零。在這期間
iL1=iL1,P－
(t－DTs) （3）
iD1=iL1，iD2=0 （4）
狀態(tài)3[t2－(t0＋Ts)] S，D2和D3截止，由于D1的存在，L1上的電流不能反向，因此為零，即D1也截止，D4仍導(dǎo)通，負(fù)載RL兩端電壓由Lo和Co儲(chǔ)能維持。
2.2 輸入電流分析
在狀態(tài)1和2期間，Boost電感中的能量完全釋放，根據(jù)磁通守恒原理有
|vAC|DTs=(VC1－|vAC|)D21Ts （5）
可以得到
評(píng)論