一種實際6 kW開關電源PFC電路的分析與設計

0 引言

在各種單相PFC電路拓撲結構中，Boost電路具有結構簡單、變換效率高、易于控制等優點而得到廣泛應用。高頻化方法可以有效地減小有源功率因數電路的體積、重量，從而提高電路的功率密度。但是，高頻化也帶來了諸多問題，其中最為引人關注的是開關損耗的急劇增大。有源功率因數校正電路的軟開關技術能夠有效地解決這一問題，本文將要介紹的電路就是這一類電路。

軟PWM 技術是指具有軟開關環境的PWM 技術。這種技術的特點是：在開關周期中，電路具有軟開關環境，而在非開關周期中，仍然保持原來硬開關PWM電路的各種優點[1]。軟開關技術理論上可使開關損耗降為零;實際上，可使目前的各種電源模塊的變換效率由80豫提高到90豫以上，達到高頻率、高效率的功率變換[1]。

此電路是在傳統PFC 電路的基礎拓撲結構上，加入了有源緩沖電路結構。緩沖電路的引入改善了電路的開關環境、增加了電路效率。對大部分自關斷器件組成的電路，由于開關頻率高，緩沖電路著重于改善開關器件的開關軌跡，控制EMI，減小電流、電壓應力，從而降低開關損耗，為器件提供安全的開關環境，最大限度地利用器件特性，充分發揮器件的效能[2]。

傳統的有源緩沖電路單元，大多是既復雜、高功耗又難于控制，且輸入電壓范圍較小、帶負載能力較弱。

本文所研究的電路具有結構簡單，帶負載能力強，允許輸入電壓范圍寬，以及很方便地實現PWM控制等優點。并且，通過實際的運行與測試，效果理想。

1 工作原理

在實際6 kW的PFC 電路中，由于電流較大，主開關管由4只大功率IGBT 管并聯運行，輔助開關管由兩只大功率IGBT管并聯運行，主二極管也是多管并聯運行。在圖1所示的原理圖中，由Lr，Cr2，Dr，D1，D2及T2共同組成了緩沖器單元。

為方便電路分析，在不改變電路運行條件的基礎上，進行了以下假設：

1)輸入電壓為恒定值;

2)輸出電容C0充分大;

3)輸入電感L 充分大;

4)諧振電路為理想諧振;

5)主電感L 遠大于諧振電感Lr;

6)各器件的寄生電容忽略不計;

7)除主二極管D 以外，其它二極管的反向恢復時間忽略不計。

工作過程分8 個階段，各階段等效電路如圖2所示，波形圖如圖3所示。

1)[t0，t1] 在t0時刻之前，主開關管T1與輔助開關管T2均處于截止狀態，主二極管D 處于導通狀態。在t0時刻(iD=Ii ，vCr2=0)，輔助開關管T2導通。此時，Dr和T2為零電流情況下導通(ZCT)，Lr 限制通過Dr和T2的電流上升率。此時段中，通過主二極管D的電流線性下降，同時，通過T2的電流線性上升。

2)[t1，t2] 在t=t1時刻，由于二極管的反向導通，D 上電流繼續下降，而流過Dr 和T2的電流繼續上升。直到t=t2時刻，二極管反向恢復電流達到負的最大值。

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