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1、一种新型单级PFC研究胡高宏张玉林丘明（中国科学院电工研究所北京100080）摘要：提出了一种新型单级功率因数校正AC/DC变换器，给出了电路的拓扑结构，分析研究了这种变换器的各种工作模式。实验结果表明，这种变换器具有电路拓扑简单，功率密度高，功率因数高，成本低等优点。关键词：单级功率因数校正StudyForANewSingleStagePFCConverterHUGao-hongZHANGYu-linQIUMing(InstituteOfElectricalEngineeringChineseAcademyOfScien
2、ceBeijing100080China)Abstract:AnewsinglestagePFCconverterisproposed.theconverterintegratedac/dcconverterwithpowerfactorcorrection(PFC),themodesofoperationarepresentedandanalyzed.Testresultsdemonstratedthattheconverterhastheadvantagesofsimpletopology,highpowerdensi
3、ty,highpowerfactorandlowcost.Keywords:singlestagePFC1引言在20世纪80年代中后期，开关电源功率因数校正技术引起了国内外许多学者的重视，进行了许多专题的研究。目前，带有功率因数校正的开关变换器通常分为两级结构和单级结构两类。（1）在两级结构的电路中，第一级类似于Boost型PFC电路，目的在于提高输入的功率因数并抑制输入电流的高次谐波；第二级为DC/DC变换器或DC/AC变换器目的在于调节输出以便与负载匹配。由于两级分别有自己的控制环节，使得这个电路具有良好的性能，但由于
4、器件太多，所以成本提高很多，因而两级方案大多用于精密电源和大功率电源的功率因数校正中；（2）单级结构的电路中，将PFC级和DC/DC级结合在一起，同时完成功率因数校正和输出电压调节两项功能，单一占空比控制方式既简化了控制电路，降低了成本，同时也降低了变换器的损耗。本文提出了一种新型单级隔离式PFC变换器，将F.S.Hamdad和A.K.S.Bhat提出的一种新型控制策略（文献[1]中）应用到一种全新的全桥拓扑结构中，并且对电路的各种工作模态进行了详细的分析，进而研制了实验电路进行验证。2主电路拓扑图1主电路拓扑中国科学院电
5、工研究所基金资助（2003）图1中显示的是高频变压器隔离的单级PFC的主电路拓扑，四个主开关管在理想工作状态时，S1，S3和S4工作于ZVS状态，S2在满载到大约80%负载(临界负载)范围内可以实现ZVS状态，为了保证S2可以在更低的负载范围内保持ZVS状态，主电路拓扑中另外加入了一个辅助支路，包括Lr,Da1,Da2和辅助开关管Sa,辅助支路耗能很少，当储能电感Ll上流过的电流工作于不连续状态时，S2失去ZVS开通条件，此时辅助支路工作，不但为S2提供ZVT开通，而且可以保证其零电流关断。3电路工作模态分析为了实现功率因
6、数校正，BOOST电感Lin必须始终处于不连续工作状态下（DCM状态）,所以即使当输入电压为线性电压最小值,负载为满载这种最恶劣的情况,BOOST电感也只能处于不连续状态向连续状态(CCM)转换的这种临界状态,而储能电感Ll根据负载电流的情况可以分别工作于DCM和CCM两种状态,整个电路的工作模态也相应的分为储能电感不连续状态(TIDCM)和储能电感连续状态(TICCM),当负载低于临界负载时,储能电感就会从CCM状态向DCM状态转变,整个电路就会从TICCM状态转换到TIDCM状态,此时电路中各器件的工作状态将相应发生一
7、定的变化,下面的图2是负载为满载（电路工作于TICCM状态），临界负载到满载之间（电路工作于TICCM状态），临界负载以下（电路工作于TIDCM状态）三种情况时电路的主要工作波形。a)满载b）满载和临界负载之间c）临界负载以下图2电路工作波形示意图下面将重点分析电路工作于临界负载以下这种最复杂的情况（图2c）），此时电路工作于TIDCM状态，一个工作周期内电路总共要完成13个工作模式，下面图3中给出了电路工作于TIDCM状态时一个周期内各个工作模式的等效电路：图3电路工作于各种模式的等效电路4实验结果研制了输入电压110V
8、,输出电压210V,开关频率50k,功率500W的实验电路,控制部分选用两片UC3824芯片同步工作,由于UC3824芯片输出的两路信号之间没有死区,所以在每路输出端加了一片集电极开路门74HC05和两个非门74HC04以及一个RC缓冲电路,从而使同一桥臂上的两个管子S1和S2,S3和S4的驱动信号之间
