抑制单级PFC中储能电容电压的拓扑研究

作者：时间：2012-03-11 来源：网络收藏

3.3　带低频辅助开关的单级PFC变换器

　　单相无源功率因数校正变换器应用低频开关减小了输入电流的谐波，满足IEC1000-3-2标准。但是，低频boost PFC变换器需要一个大的输入电感[7－8]；用变压器附加绕组实现负反馈降低了电容电压，提高了效率。但同时降低了功率因数，增加了电流谐波含量。为了改善有源单级PFC变换器的性能。本文结合上述两种方法提出了一种带低频、低费用、低损耗的辅助开关的单级PFC变换器。不仅有效的抑制了电容电压，提高了效率，同时还提高了功率因数，减少了电流谐波含量。
　　带低频辅助开关的CCM单级PFC变换器如图4所示，Q为主开关，Qr为辅助开关。
辅助开关Qr的驱动波形如图5所示，当输入电压在零附近时，辅助开关Qr导通，使附加绕组N1短路，从而改善了输入电流的波形，减少了输入电流的谐波含量，提高了功率因数。

图4　带低频辅助开关的CCM单级PFC变换器

图5　辅助开关Qr的驱动波形
　　当输入电压大于某一值时，辅助开关管Qr关断；其余的工作情况与图1和图2相似。辅助开关Qr在输入电压很小时才导通工作，其余时间不工作。因此，流过Qr的电流很小，Qr的功率损耗很小。由图5知，辅助开关的工作频率为交流电源频率的两倍。故在整个工作期间，Qr的开关损耗很小。另外，辅助开关Qr的控制电路也很简单。由上述分析知，带低频辅助开关的单级PFC变换器减小了输入电流的谐波含量；提高了功率因数和效率；降低了电容电压。
　　辅助开关Qr也可以放在其它位置，得到不同的拓扑结构，如图6示。图6(a)所示的电路使L1旁路。也就是，输入电压在零附近时，导通开关Qr，使L1短路，电路工作在DCM下，从而增加了输入电流，这种方法不能消除输入电流的死角。因此，与图4电路相比，图6a)的电路的输入电流的畸变更大。Qr另外一种实现方式如图6b)所示，使L1和N1都旁路，也就是，输入电压在零附近时，导通开关Qr，使L1和N1都短路。这种方法可以完全消除输入电流的死角，提高功率因数。但是，与图4电路相比，图6(b)电路中的储能电容电压更高。因为图6(b)电路有一小部分时间工作在DCM下。另外，该方法也可以应用在其它的DCM/CCM单级PFC变换器中，如图7所示的带低频辅助开关的DCM单级PFC变换器。