三態(tài)功率因數(shù)校正變換拓撲及其控制技術.pdf

1、為了消除電網(wǎng)諧波污染、提高功率因數(shù)，需在電子設備的輸入端加有源功率因數(shù)校正(Active Power Factor Correction，APFC)變換器。傳統(tǒng)恒定開關頻率的PFC變換器可工作于不連續(xù)導電模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)和連續(xù)導電模式(Continuous Conduction Mode，CCM)。負載較輕時設計變換器工作于DCM，但此時開關管電流應力較大，僅可適用于功率小于25

2、0W的場合;負載較重時設計變換器工作于CCM，但為了減小因輸出電壓工頻紋波而導致的輸入電流畸變，需要降低電壓反饋控制環(huán)的低通濾波器截止頻率(一般僅為10～20Hz)，嚴重影響了PFC變換器對負載變化的瞬態(tài)響應能力。
　　針對DCM和CCM PFC變換器技術存在的問題，本論文提出并研究了一種新穎的、恒定開關頻率的、工作于三態(tài)偽連續(xù)導電模式(Pseudo Continuous Conduction Mode，PCCM)的PFC變換器技

3、術，它或通過增加額外的功率開關管，或通過控制開關管的時序，使PFC變換器的儲能電感電流或儲能電容電壓在一個開關周期內(nèi)建立三個工作狀態(tài)，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定和高功率因數(shù)(Power Factor, PF)這兩個PFC變換器控制目標的解耦。因此，與CCM PFC變換器的雙閉環(huán)控制器相比，三態(tài)PCCM PFC變換器的控制環(huán)路為獨立的電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)，既降低了控制環(huán)路的設計難度，又可提高電壓控制環(huán)路的帶寬，具有較快的負載瞬態(tài)響應速度。此外，與

4、DCM PFC變換器相比，三態(tài)PCCM PFC變換器的儲能電感不受工作模式的限制，可應用于較寬的負載范圍。
　　本論文提出并系統(tǒng)地研究了三態(tài)PCCM Boost PFC變換器，通過在Boost變換器電感兩端并聯(lián)功率開關管和二極管，為電感電流提供續(xù)流通路，使電感電流再一個開關周期內(nèi)存在三個工作狀態(tài)。論文對三態(tài)PCCM Boost PFC變換器進行了詳細的分析，對它的穩(wěn)態(tài)特性、控制器設計、網(wǎng)側(cè)輸入電流、PF值等進行了深入研究。雖然研究

5、結果表明三態(tài)PCCM Boost PFC變換器具有良好的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，但是由于增加了額外的功率開關管，因此降低了變換器效率。為此，本論文進一步提出了工作于三態(tài)PCCM的兩開關Buck-Boost PFC變換器，基于兩開關Buck-Boost PFC變換器本身存在兩個功率開關管的特性，通過控制開關組合方式使其工作于三態(tài)PCCM，在獲得良好穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能的同時，利用開關管導通損耗低于二極管導通損耗的特性，可提高兩開關三態(tài)PCCM Buck

6、-Boost PFC變換器效率。
　　為了拓展三態(tài)PCCM PFC變換器技術的應用范圍，本論文提出并研究了三態(tài)PCCM Flyback PFC變換器，將其應用于隔離型PFC變換器拓撲。研究結果表明，與傳統(tǒng)DCM Flyback PFC變換器相比，三態(tài)PCCM Flyback PFC變換器可降低開關管承受的電壓應力，具有較寬的負載范圍，可應用于需要隔離的且負載功率較大的場合。
　　根據(jù)對偶原理，本論文進一步提出并研究將三態(tài)PC

7、CM PFC變換器技術應用于非隔離型CUK和隔離型SEPIC PFC變換器。通過在中間儲能電容（過渡電容）上串聯(lián)一個開關管，使得非隔離型CUK和隔離型SEPIC PFC變換器的中間儲能電容電壓在一個開關周期內(nèi)存在三個工作狀態(tài)。利用時間平均等效分析法對三態(tài)PCCM CUK PFC變換器進行直流穩(wěn)態(tài)特性分析，結果表明，其可等效為Boost變換器與Buck變換器的級聯(lián)。因此，與傳統(tǒng)DCM和CCM CUK PFC變換器相比，三態(tài)PCCM CUK