單級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）。目前應用得最廣泛的是PFC級＋DC/DC級的兩級方案，它們有各自的開關器件和控制電路。這種方案能夠獲得很好的性能，但它的缺點是電路復雜，成本高。
近年來，提出了很多單級功率因數(shù)校正AC/DC變換器[1]，特別是在小功率應用場合。在單級PFC變換器中，PFC級和DC/DC級共用一個開關管和一套控制電路，同時實現(xiàn)對輸入電流和輸出電壓的調(diào)節(jié)，它的優(yōu)點是電路簡單，成本低。
本文分析了單級PFC變換器進行功率因數(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)表達式，仿真與實驗結(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
因為，開關頻率遠大于交流輸入電源的頻率，所以，假設在一個開關周期內(nèi)，vAC為恒定值。
圖1 單級PFC變換器
圖中：vAC為交流輸入電源；
L1為Boost電感；
C1為中間儲能電容；
RL為變換器負載。
圖2 電路的主要電流波形
圖中：ugs為開關管S的控制信號；
Ts為開關周期；
D為占空比。
在一個開關周期內(nèi)，電路的工作過程如下。
狀態(tài)1[t0－t1] S，D2和D3導通，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導通，vAC和L1通過D1給C1充電，負載RL兩端電壓由Lo和Co的儲能維持。在t2時刻，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仍導通，負載RL兩端電壓由Lo和Co儲能維持。
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
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