恒导通时间控制的降压型高效率PFC研究

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1、恒导通时间控制的降压型高效率PFC研究杨剑友吴新科张军明钱照明（浙江大学，浙江杭州310027）摘要：在宽范围输入的AC/DC适配器应用场合，同传统的BoostPFC相比，Buck型功率因数校正电路能够在整个输入电压范围内保持一个较高的效率[1]。本文提出了一种工作在临界导通模式的恒导通时间型Buck功率因数校正电路，能够实现主开关的零电压（ZVS）开通。全文分析了电路的工作原理，并给出了实现高效率、低谐波电流的设计方法。同时根据所述的设计原则构建100瓦的Buck功率因数校正器，其输入电流谐波满足IEC61000-3-2（ClassD）标准，在整个输入电压范围内（90Vac~265V

2、ac）效率均在96.5%以上。关键词：功率因数校正；Buck；临界模式；恒导通时间控制AHighEfficiencyStep-downPFCwithconstantontimecontrolJianyouYang,XinkeWu,JunmingZhangandZhaomingQian（ZhejiangUniversity,Hangzhou,310027,China）Abstract:Inuniversalvoltageinputapplication,thebuckPFCcanachievehighefficiencyintheentireuniversalinputvoltagera

3、ngecomparetoboostPFC[1].Acriticalconductionmode(CRM)ZVSbuckconverterwithconstanton-timecontrolisproposedinthispaper.ThispaperanalysestheoperationprincipleofthecircuitandthedesignmethodologyandcriteriaforhighefficiencyandlowharmonicsoftheCRMbuckAC-DCconverterarepresented.A100-Wprototypedesignedac

4、cordingtotheproposeddesigncriteriashowsthattheinputcurrentharmonicsmeettheIEC61000-3-2(ClassD)standardandtheefficiencyishigherthan0.965duringtheuniversalinputrange.Keywords：PowerFactorCorrection;Buck;CRM;Constant-ontimecontrol1引言由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件的存在会使输入交流电流波形发生严重畸变，网侧输入功率因数很低，为了满足国际标准IEC61

5、000-3-2的谐波要求[2]，必须在这些用电设备中加入功率因数校正电路（PowerFactorCorrection-PFC）。传统的有源PFC电路一般用Boost拓扑，这是因为Boost电路具有控制容易、驱动简单并且理论上实现输入电流可以完全跟踪输入电压。但是Boost电路具有输出电压高的缺点，而且在宽范围输入（90Vac-265Vac）条件下，在低电压输入时效率会比高压输入时下降1.5%-2%。在小功率AC/DC应用场合(<150W)，降压（Buck）拓扑能够在整个输入电压范围内保持较高效率。更重要的时，由于AC/DC适配器应用中的散热设计都是根据效率最低点来设计的，因此boost

6、功率因数校正器在输入低压时的低效率，成为严重制约适配器的功率密度和效率提高的瓶颈。而Buck拓扑应用在AC/DC时效率不会随输入电压有很大的变化，因此热设计也相对简单，能够实现高的功率密度。采用Buck电路作为功率因数校正器在文献[3]-[5]中已经被提出，文献中所采用的控制方法都为定频率PWM控制。文献[1]中提出的是电流箝位Buck（clamped-currentbuck,CCB），其工作原理为普通的峰值电流控制方式加上变斜率的斜波补偿实现。但是在电压峰值附近处电流会处于连续工作状态，造成二极管的反向恢复损耗，而且输入电流的功率因数很难在全电压输入范围内都保持在0.9以上。本文中所

7、述的BuckPFC采用恒导通时间法的临界模式控制（CriticalMode－CRM），使Buck电感电流下降到零时开通开关管，每个周期导通时间恒定，由于其没有二极管的反向恢复问题，同时在开关管开通前漏源极电压通过结电容与电感的谐振，实现零电压开通，其效率较高。2BuckPFC分析与优化设计2.1恒定导通时间BuckPFC的控制原理图1所示为临界模式BuckPFC的系统框图，当过零检测电路检测到电感电流下降到零时开通开关管，此时比较器的正端锯齿波