一種具有恒功率控制的單級功率因數校正電路

摘要：提出了一種具有恒功率控制的單級功率因數校正電路。該電路功率因數校正級工作在電流斷續模式，具有較低的總諧波畸變和較高的功率因數。該電路的直接能量傳遞方式降低了直流母線電壓并且提高了電路的效率。采用恒功率控制方式使得電路具有良好的輸出特性。并通過仿真和實驗結果證明了電路的可行性。

關鍵詞：變換器；單級功率因數校正；恒功率控制

0 引言

近年來，功率因數校正（PFC）技術引起了人們的廣泛關注。傳統的兩級PFC電路的主要缺點是成本高以及控制電路復雜。單級功率因數校正（SSPFC）變換器[1][2][3][4]，將PFC級和DC/DC級結合在一起大大降低了成本。然而，SSPFC變換器在負載變輕時存在直流母線電壓過高的問題。文獻[2]采用反饋線圈雖然降低了直流母線電壓，但卻減小了線電流的導通角，從而增加了總諧波畸變（THD）。

為了解決上述問題，確保在負載變化時降低直流母線電壓和減少THD，本文提出了一種具有恒功率控制的SSPFC變換器。能量直接傳遞方式使得該電路在沒有減小線電流導通角的情況下降低了直流母線電壓。恒功率控制使得變換器的輸出在輸出電壓高的時候可以看成電壓源，在輸出電壓低的時候可以看成電流源，并且當輸出電壓在一定范圍內變化的時候，輸出功率近似恒定。

1 電路工作原理

單級功率因數校正電路的原理圖如圖1所示。它實際上是由一個Boost變換器和一個flyback變換器組合而成的。Boost變換器工作在DCM模式，在占空比和頻率恒定的情況下可以達到功率因數校正的目的。flyback變換器可以工作在DCM或CCM模式。

圖1單級功率因數校正變換器原理圖

為了分析方便，假定整流電壓在一個開關周期中為定值，電容CB足夠大使得電壓VB基本恒定，flyback變壓器視為理想變壓器，在原邊并聯勵磁電感Lm，flyback變換器工作在CCM模式。則該電路有3種工作模式如圖2所示，主要工作波形如圖3所示。

(a) 工作模式1（t₀－t₁）

(b) 工作模式2（t₁－t₂）

(c) 工作模式3（t₂－t₃）

圖2 工作模式

圖3 電路主要工作波形