基于SEPIC的功率因數校正電路的參數設計與分析

1 引言

電力電子裝置日益廣泛的應用，使得諧波污染問題引起了人們越來越多的關注。電力電子技術的進步，使得功率因數校正問題的研究也越來越深入。傳統的功率因數校正電路由Boost電路構成。這種電路控制復雜，輸出電壓比輸入高，難以實現輸入輸出的電氣隔離。而由反激電路構成的功率因數校正電路必須工作在電感電流斷續(xù)的狀態(tài)，往往需要大體積的EMI濾波器。而SEPIC電路用于PFC有著其天然優(yōu)勢。由于其前級類似于Boost，從而可以保證輸入電流的連續(xù)，減小了輸入EMI；而其輸出又類似于反激，易于實現電氣隔離。近來，SEPIC-PFC電路正受到越來越多的關注。^[1][2][3][4]

單獨的SEPIC電路只須工作在電流斷續(xù)狀態(tài)就能自然實現PFC，這里所說的斷續(xù)是指二極管上的電流斷續(xù)，而輸入升壓電感上的電流是連續(xù)的。在開環(huán)工作狀態(tài)下其理論功率因數為1，因此，無需專用控制芯片^[2]。

2 SEPIC-PFC電路的工作原理

SEPIC-PFC電路原理如圖1所示，輸入交流電壓u_i=U_isinωt。假設開關頻率比母線頻率大得多，由“準穩(wěn)態(tài)”的分析方法及SEPIC電路的工作原理_[6]可以知道：電容C_c上的電壓u_cc=U_i|sinωt|。

圖1 SEPIC-PFC電路

在一個開關周期內，電路工作可以分為三個模態(tài)^[2]。

2.1 工作模態(tài)1

S開通，電路模態(tài)如圖2（a）所示，假定電路工作在二極管電流斷續(xù)，L₁電流連續(xù)的狀態(tài)。S開通前有

i_L1=－i_L2=i₁當t_on=DT_s，S導通結束時，如圖2（d）所示，應有

i_L1,pk=i₁＋DT_s （1）

i_L2,pk=－i₁＋DT_s （2）

式中：D為占空比；

u_i=U_i|sinωt|；

T_s為開關周期；

i₁，－i₁，i_L1,pk，i_L2,pk分別為S開通前L₁，L₂上的電流及此模態(tài)結束時L₁，L₂上的電流。

2.2 工作模態(tài)2

S關斷，D導通，電路模態(tài)如圖2（b）所示，此時，L₁，L₂同時向副邊傳輸能量，C_c充電。S關斷瞬間，二極管上電流最大值為

i_D,pk== （3）

式中：n為變壓器副邊與原邊匝數之比；

L_eq=。

模態(tài)2結束時應有

i_L1=i₁＋DT_s－D′T_s （4）

i_L2=－i₁＋DT_s－D′T_s （5）

式中：D′T_s為該模態(tài)持續(xù)時間。

顯然，當DT_s=D′T_s時該模態(tài)結束，可以得出該模態(tài)持續(xù)時間為

D′T_s=|sinωt| （6）

式中：M=U_o/U_i。

（a） 電路模態(tài)1等效電路

（b） 電路模態(tài)2等效電路

（c） 電路模態(tài)3等效電路

（d） i_L1，i_L2，i_D電流示意圖

圖2 電路三個工作模態(tài)等效電路與相關電流示意圖

2.3 工作模態(tài)3

S關斷，D關斷，電路模態(tài)如圖2（c）所示，此時，L₁，L₂上的電流分別為i₁，－i₁。

如圖2（d）所示，二極管上的電流i_D在一個開關周期的平均值為

i_D,avg=

將式（3），式（6）代入可得

i_D,avg= （7）

i_D在一個母線周期內的平均值為

I_D,avg== （8）

由于在一個開關周期內，L₁，L₂，C_c并不吸收能量，