開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例之：概述（二）

從不同的角度看，有源功率因數(shù)校正技術(shù)有多種分類方法。從電網(wǎng)供電方式可分為單相PFC電路和三相PFC電路。

從軟開關(guān)特性來劃分，有源PFC可分為兩類：零電流開關(guān)PFC技術(shù)。零電壓開關(guān)PFC，技術(shù)。按實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的具體方法還可以進(jìn)一步劃分：并聯(lián)諧振型、串聯(lián)諧振型以及準(zhǔn)諧振型。

從控制方法來分，有源功率因數(shù)校正可以采用脈寬調(diào)制(PWM)、頻率調(diào)制(FM)、單環(huán)電壓反饋控制、雙環(huán)電流模式控制、數(shù)字控制、滑?？刂埔约皢沃芷诳刂埔约捌渌鞣N控制方法。

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上劃分，有源功率因數(shù)校正電路可分為預(yù)調(diào)整器型PFC以及單級(jí)組合PFC，變換器兩種形式，后者被認(rèn)為是較理想的有源功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)。

一般認(rèn)為有兩種基本的有源PFC技術(shù)，一種是變換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式的”乘法器”型；另一種是變換器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式的”電壓跟隨器型”實(shí)際上還有磁放大PFC，技術(shù)、三電平PFC，技術(shù)和不連續(xù)電容電壓模式(DCVM)PFC技術(shù)等。

有源功率因數(shù)校正(ActivePowerFactorCorrection，APFC)技術(shù)是直接采用有源開關(guān)或AC/DC變換技術(shù)，使輸入電流成為和電網(wǎng)電壓同相位的正弦波。在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC開關(guān)變換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，使輸入端電流ii波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，使電網(wǎng)輸入端的電流波形逼近正弦波，并與輸入的電網(wǎng)電壓同相位。主要優(yōu)點(diǎn)是：可得到較高的功率因數(shù)，總諧波畸變THD小，可在較寬輸入電壓范圍和寬帶下工作，體積、重量小，輸出電壓也可保持恒定。主要缺點(diǎn)是:電路復(fù)雜，MTBF(平均無故障時(shí)間)下降，成本較高，效率會(huì)有所降低等。有源功率因數(shù)校正技術(shù)已廣泛應(yīng)用AC/DC開關(guān)電源，交流不間斷電源(UPS)等領(lǐng)域。

①按有源功率因數(shù)校正拓?fù)浞诸?/p>

a.降壓式。因噪聲大，濾波困難，功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)，很少被采用。

b.升/降壓式。須用兩個(gè)功率開關(guān)管，有一個(gè)功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)浮動(dòng)，電路復(fù)雜，較少采用。

c.反激式。輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于150W以下功率的應(yīng)用場合。

d.升壓式(Boost)。簡單電流型控制，PF值高，總諧波失真(THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。適用于75～2000W功率范圍的應(yīng)用場合，應(yīng)用最為廣泛。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：電路中的電感L適用于電流型控制，由于升壓型APFC的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器C上保持高電壓，所以電容器C體積小、儲(chǔ)能大，在整個(gè)交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)，當(dāng)輸入電流連續(xù)時(shí)，易于EMI濾波，升壓電感L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。

②按輸入電流的控制原理分類

a.平均電流型。工作頻率固定，輸入電流連續(xù)(CCM),波形圖如圖1-10(a)所示。TI公司的UC3854就工作在平均電流控制方式。

這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：恒頻控制，工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)，開關(guān)管電流有效值小、EMI濾波器體積?。荒芤种崎_關(guān)噪聲；輸入電流波形失真小。

主要缺點(diǎn)是：控制電路復(fù)雜，須用乘法器和除法器，需檢測電感電流，需電流控制環(huán)路。

b.滯后電流型。工作頻率可變，電流達(dá)到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。電流波形平均值取決于電感輸入電流，波形圖如圖1-10(b)所示。

c.峰值電流型。工作頻率變化，電流不連續(xù)(DCM)工作波形圖如圖1-10(c)

所示。DCM采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在以下缺點(diǎn)：

·功率因數(shù)和輸入電壓Uin與輸出電壓Uo的比值Uin/Uo有關(guān)，即當(dāng)Uin變化時(shí)，功率因數(shù)PF值也將發(fā)生變化，同時(shí)輸入電流波形隨Uin/Uo的加大而THD變大。

·開關(guān)管的峰值電流大(在相同容量情況下，DCM中通過開關(guān)器件的峰值電流為CCM的兩倍),從而導(dǎo)致開關(guān)管損耗增加。所以在大功率APFC中，常采用CCM方式。

d.電壓控制型。工作頻率固定，電流不連續(xù)，采用固定占空比的方法，電流自動(dòng)跟隨電壓。這種控制方法一般用在輸出功率比較小的場合，另外在單級(jí)功率因數(shù)校正中多采用這種方法，工作波形圖如圖1-10(d)所示。

③其他控制方法

a.非線性載波控制技術(shù)。非線性載波控制(NLC)不需要采樣電壓，內(nèi)部電路作為乘法器，即載波發(fā)生器為電流控制環(huán)產(chǎn)生時(shí)變參考信號(hào)。這種控制方法工作在CCM模式，可用于Flyback、Cuk、Boost等拓?fù)渲?，其調(diào)制方式有脈沖前沿調(diào)制和脈沖后沿調(diào)制。

b.單周期控制技術(shù)。單周期控制是一種非線性控制技術(shù)。該控制方法的突出特點(diǎn)是無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量(通常為斬波波形)的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有效地抑制電源側(cè)的擾動(dòng)，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差，也沒有暫態(tài)誤差，這種控制技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的場合，不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償。

c.電荷泵控