单级BUCK-BOOST变换器实现APFC的原理及分析.doc

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1、单级BUCK-BOOST变换器实现APFC的原理及分析刘 宇 谢品芳 罗全明重庆大学电气工程学院（400044）摘 要：本文分析了用BUCK-BOOST电路和反激变换器隔离实现单级功率因数校正的原理和变换过程，给出了电路的Matlab仿真分析的模型。通过对变换器工作在DCM模式下的电路仿真，验证了此方法有良好的效果。关键词：功率因素校正 单级 反激变换器PrincipleandanalysisofaSingle-StageBUCK-BOOSTConverterAchievingAPFCLiuyu XiePinfang LuoQuanmingElectricalEngineeringColle

2、geofChongQingUniversityAbstract:Thispaperpresentsthetheoryofsingle-stageconverterachievinghigh-power-factorbyBUCK-BOOSTcircuitandisolatedbyflybackconverter,givingthesimulatedmodelwithMatlabandtheprocessoftransform.TheresultsofsimulationwhichtheconverterworkingintheDCM(discontinuousconductionmode)ve

3、rifythatthemethodhasagoodeffect.Keywords:PowerFactorCorrection SingleStage FlybackConverter.1 引 言目前，电力电子整流装置在生产生活中应用越来越广，特别是计算机和家用电器中大量使用开关电源使得电力网输入侧波型畸变，功率因数降低。因而使用带功率因数校正的开关电源对于电网的谐波治理和提高供电质量有很重要的意义。传统的整流装置使用电桥整流加大的电容滤波使得交流侧输入电流为一尖峰电流，这是使交流侧输入功率因数降低的主要原因（如图1）。因此改变电路结构以使输入侧电流跟随输入电压就可以改善功率因数。现在双级PF

4、C（PowerFactorCorrection）的应用已经很成熟，它采用BOOST变换器作为前级PFC主电路，它的优点在于可以做到功率因数近似为1，但它控制复杂，成本高，适合用于中等功率的电源。对于中小功率的PFC控制最简、性能可靠、功率因数高成了设计者追求的目标。一般中小功率采用单级（SingleStage）PFC。近年来国内外许多文章对单级PFC做了大量研究，提出了很多实现方案。单级PFC可以采用BUCK-BOOST电路来实现，同时采用反激变换器（flybackconventer）隔离。   2 BUCK-BOOST变换器实现APFC的原理BUCK-BOOST变换器是升降压型电路，它使得

5、输入端电压不必低于Vc，同时易于实现反激变换（flybackconverter）。电路工作于DCM模式，这样可以获得高功率因数和稳定快速的调节输出（文献1已有论述）。电路图如图2所示，假设负载为一电阻Rload，S为开关。BUCK-BOOST变换器有两种工作状态如图3。(a) 开关S导通，电源加到L上，负载由C供电。L上电压为Vg，L上的电流线性增加。(b) 开关S断开，电感上的能量向Rload释放，电感电流减小到0。电感上的电压为Vdc。设工频交流电压为Vm(t)=Vpsin(ωt)                             (1)其中Vp为交流电压幅值、ω为输入工频交流电压

6、的角频率。当S导通时有D1为开关导通比，Ts为开关周期，如图4所示。当电路工作在DCM模式时。为电流峰值。于是有                          （2）可以看出。因此电感上的电流跟随输入电压，功率因数得到校正。   3 单级变换器的分析传统的功率因数校正由两级组成，前级实现APFC，后级为电压变换器，如图5所示。PFC级工作于DCM模式，调节器可以工作于DCM或CCM模式，文献2已指出如果PFC工作于DCM而调节器工作于CCM模式，则可以获得较低的传导损耗，但dc端电压依赖于负载电流，这使得难以在不改变dc端电压的情况下控制输出来满足宽带范围要求。当两级都工作在DCM模式下

7、，两级被dc端稳压电容分开，因而可实现高功率因数、宽负载和快速调节。适合应用于低功率电源。双级反激式BUCK—BOOST功率因数校正可以通过变换开关管的位置并改变电路结构来实现单级变换器。如图6，可以把开关S1转移到，开关S2控制使得稳压电容对变压器的一次侧激磁和消磁让能量传递到二次侧。同样可以改变电路结构使激磁和消磁回路通过开关S，就可以只用一个开关管实现PFC和电压变换调节。如图7，PFC级和DC/DC级