單極隔離式功率因數(shù)校正（PFC）變換器

3單級隔離式PFC變換器的分類及特點

單級隔離式PFC變換器大體分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。下面具體介紹各種類型的典型變換器。

31串聯(lián)式單級隔離式PFC變換器

圖3是由BOOST型PFC電路與單開關(guān)反激變換器組合而成的最基本的單級隔離式PFC變換器拓撲。它與普通的DC/DC變換器相比，有電壓應(yīng)力較高，損失較多的缺點。因此，人們研制出應(yīng)用各種軟開關(guān)技術(shù)，減少開關(guān)損耗及開關(guān)應(yīng)力的各類新型單級PFC變換器，效率高，而電路拓撲又十分簡單。詳述如下。

（1）帶有再生鉗位的BOOST反激型單級隔離式PFC變換器

與最基本的單級隔離式PFC變換器相比，圖4所示的帶有再生鉗位的BOOST反激型單級隔離式PFC變換器只增加了再生鉗位電容Cc和二極管Dd兩個元器件來構(gòu)成鉗位電路。Cc用來鉗位開關(guān)上電壓，Dd用來阻止Lk,Lp,Ce,L和Cc在開關(guān)S關(guān)斷時諧振。鉗位電路雖然簡單，但它有效地減小了開關(guān)應(yīng)力(鉗位在Vc＋nV0上)，通過Cc與漏感Lk的諧振再生了貯存在變壓器漏感中的能量，免去了損耗能量的緩沖電路。而且，變換器的功率因數(shù)可高于099，而普通的單級PFC變換器在相同條件下僅為098左右。THD比加緩沖電路時降低9％左右。但這種變換器的開關(guān)在閉合時應(yīng)力較大，不是零電壓下關(guān)斷。

（2）帶有源鉗位和軟開關(guān)的BOOST反激型單級隔離式PFC變換器

電路拓撲如圖5所示，S1為主開關(guān)，S2為有源鉗位輔助開關(guān)，電路可看為BOOST單元與反激單元的串聯(lián)組合。兩個單元共用一個主開關(guān)S1。Cr代表開關(guān)S1和S2的總寄生電容，Lk代表變壓器的漏感，Cr、Lk形成串聯(lián)諧振電路，實現(xiàn)S1的軟開關(guān)，Cc和S2構(gòu)成有源鉗位電路，限制開關(guān)上的諧振電壓。

這種電路可再生變壓器漏感中的能量，減小電壓應(yīng)力，與前面提到的再生鉗位電路類似，但它又增加了一個輔助開關(guān)，實現(xiàn)了零電壓開關(guān)，而主開關(guān)和輔助開關(guān)用同一個控制/驅(qū)動電路?？刂齐娐放c沒有有源鉗位電路的控制電路相同，能夠采用常用的PWM控制芯片來設(shè)計。目前帶有源鉗位和軟開關(guān)的單級隔離式PFC變換器廣泛應(yīng)用于各種小功率場合。

（3）單級充電激勵式PFC變換器

這種變換器沒有用BOOST或其它變換器作為PFC單元，僅用兩個電容來實現(xiàn)PFC。充電激勵式PFC單元由諧振電感Lr，充電電容Ca及Cs,輸出整流管Dx和鉗位二極管Ds組成。如圖6所示。

簡單工作原理如下：開關(guān)S閉合，電容CB上的能量傳遞給變壓器的初級繞組，Dx由于加反壓而截止，Lr、Ca和Cs形成串聯(lián)諧振從電源吸收能量。這期間，開關(guān)不僅承受PFC級的電流，而且還承受DC/DC級的電流。當Vm達到母線電壓VB，Dx開始導通，Lr上貯存的能量傳送給CB，由于Vm被鉗位到母線電壓，所以諧振電容電壓不變，也就沒有電流流過諧振電容，這時開關(guān)僅承受來自DC/DC級的電流。開關(guān)斷開，Ca及Cs放電，Ca全部放電時，Ds導通，Ca和Cs貯存的能量送給磁化電感，Df開始導通，磁場能量傳送給負載，磁化電流降為零后，Df截止，反向電壓Vcs加到Dx上，Df截止，然后又開始下一個開關(guān)周期。

圖7全橋式單級PFC變換器

圖8兩級并聯(lián)PFC結(jié)構(gòu)圖

圖9并聯(lián)式單級PFC結(jié)構(gòu)圖