大功率无桥PFC研究

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无桥部分有源PFC的理论分析与实验研究

ｐｐｓｓａｎｗｍｔｏｆｈｎｉｇｔｅｅｆｔｅｔｅｏＡＦｎｔｅｂｓｆｒｇｌｓ（ＬＦｏｒｏｅｅｅｄｏａｇｈｆｃｉｉｆＰＣｏａｉｏｉｅｓＢＰＣ）ｔｐｌｇ，ｈｃｈｃｎｅｖｍｈｓｂｄｅｏｏｙｗｉｉｏｈｓ
中图分类号：Ｍ７４１Ｔ１．文献标识码：Ａ文章编号：００ｌ０（０８０－０４０１０－０Ｘ２０）５０１－３
ＴｈｅｒｔｃＡｎａｙｉｎＥｘｅｉｅａｕｄｙｏｒｄｇｌｓｒｉｌＰＦＣｏｅｉｌｓｓａｄｐｒｍｎｔｌＳｔｆＢｉｅｅｓＰａｔａ
（．海交通大学，海１上２０４；．０２０２上海大学，海２０７）００２
摘要：相部分有源功率数校止（ｏｅＦｃｒｏｅｔｎ简称ＰＣ）术结合了有源ＰＣ技术和无源ＰＣ技术，单Ｐｗｒａｔｒｃｏ，ｏＣｒｉＦ技ＦＦ优点是效率岛和成本低．变频家用电器等行业得到了广泛的应用。它属于Ｂｃ但ｕｋ型Ａ／Ｃ变换器，ＣＤ使得变频电动机传动系统的恒转矩范变窄．大输出功率受到限制：鉴于此，综合分析现有几种控制方法的基础上，于无桥最在基ＰＣ拓扑．出了一种改变有源ＰＣ作用时间的新方法，过ＭＣＦ提Ｆ通Ｕ软件编程给予实现。方法可以大大提高直流输该出电压，加电机的恒转矩范围，时具有部分有源ＰＣ的一般优点，Ｅ也得到了抑制。理论分析了其变换原增同Ｆ且ＭＩ理．发现无桥ＰＣ具有一股串联补偿提高功率因数的特点。上述分析得到了实验结果的验证。Ｆ关键词：频器；率因数；正／电磁干扰；串联补偿变功校

双模式图腾柱无桥PFC电路的研究

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电器与能效管理技术!"!#$%&#"
电能质量
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J88OA功率因数校正变换器因其输入电流纹波小%电路实现简单等优点$成为单级有源 LbG 变换器最常用的拓扑,&/$- & 传统的有源功率因数校正电路大多采用带有整流桥的 J88OA电路$这
种电路首先采用工频整流桥对输入的交流电压进行整流$再通过采用相应控制策略的 J88OA电路进行功率因数校正& 但是$在电路的任意工作状态下$输入电流均流过 , 个半导体器件$给电路带来了固有的导通损耗$限制了整体效率的提升& 针对传统 J88OALbG电路整流桥的导通损耗对电路效率提升的限制$ 一系列的无桥 LbG电路被提出,#/"S- &
进入稳态后$电路工作各模态& 模态 ", G) RG" - .如图 S! :# $此时电路工作过程与图腾柱模式模态 " 相同$不做赘述& 模态 ., G" RG. - .如图 S ! 9# $G" 时刻 >d*. 两端电压达到 )(%@9PO时$dBd*, 开始导通$电感电流通过 +H_ 管 d*, 的体二极管和二极管 dB. 构成的回路续流& G" 时刻开始$ 电感两端的电压为 )(%@9POX*53$电感电流线性下降$直到 G. 时刻电感电流 0/ 下降到零& 模态 ,, G. RG, - .如图 S! 2# $G. 时刻电感电流下降到零后$为实现开关管的零电压导通! fd_# 或谷底导通! d_# $通常让开关管延时至 G, 时刻导通& 从 G. 时刻开始$J88OA电感和寄生电容 >d*" % >d*. 发生谐振$谐振电压表达式为 *>d*.!G# A@53," B28O!)=G#- J)(%@9PO28O!)=G#

无桥PFC方案原理及实例实用

无桥PFC电路原理及应用实例PFC + LLC 原理图效率99.4% Totem-pole PFC, bridgeless PFC Totem pole PFC, Totem pole boostTPH3006PS TPH3206PS TPH3002PS TPH3202PS TPH3205WS TPH3206LD TPH3202LD产品的应用：氮化镓的无桥PFC /Totem Pole PFC用FET代替整流桥同时实现高效PFC功能• • 传统用的无桥需要2MOSFET，2电感，2碳化硅二极管（D1,D2)才能实现高效率采用氮化镓的图腾无桥PFC只要一个电感，2个氮化镓MOS,另D1,D2可以用二极管也可以从等同内阻的硅MOSFET以实现更高效率就现阶段氮化镓无桥的方案已比传统的低了（传统的会用上两个高碳货硅二极管及多用一个电感）同时因氮化镓适合高频。

采用氮化镓高频化的无桥PFC后，体积大大变小，综合成本更有优势/效率依然很高传统Dual‐boost无桥PFCPFC••氮化镓的图腾无桥 PFC此设计是利用氮化镓体内二极管超低的反向恢复特性来实现高效低成本。

产品的应用：氮化镓的无桥PFC图腾PFC是一种最高效的无桥PFC，周边器件少。

将高频开关的Q1,Q2换成氮化镓FET以实现高效的 CCM操作 1000W的氮化镓无桥PFC 效率达99.2%以上230V:400V boost Totem pole Totem pole with EMI filter and current sense50kHz 100kHz 150kHz 200kHz 250kHz99.16% 99.03%99.1% 98.97% 98.84% 98.7% 98.57%98.9% 98.77% 98.64% 98.5% 98.37%频率越高体积越小采用氮化镓实现全电源97.5%效率（AC‐DC 1000W)将Transphorm公司的无桥PFC板及LLC的演示板整合起来就得到97.5%以上效率的电源Eff. (%)POUT (W) 采用氮公镓方案的1000W 无桥 PFC电源的效率 99.2%采用氮化镓的LLC电源效率 1000W 98.8%2.4kW Totem Pole PFC using Tranphorm’s TPH3205WS(63mΩ) in TO247Cost-effective 5mΩ resistor for current sensing and control 100KHz switching frequency, with peak eff of 98.8% at high line inputEfficiency at low‐line input99.5 99 98.5 98Efficiency(%)eff PlossEfficiency at high‐line input200 180 160 140Efficiency(%)99.5 99 98.5 98 97.5 97 96.5 96 95.5 95 94.5 0 500 1000 1500 Output Power (W) 2000Ploss200 180 160 140effLoss(W)97 96.5 96 95.5 95 94.5 0 200100 80 60 40 20 0 400 600 800 1000 1200 1400 Output Power (W)100 80 60 40 20 0 2500Loss(W)97.5120120Preliminary EMI results (low line, 600W)Still working on EMI improvement on HF range。

无桥PFC的数字控制及电磁噪声改善研究

- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Keywords: Jittering technology; Digital control; Notch technology; Improved bridgeless boost PFC
- III -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要 ..................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................... II 第 1 章绪论 ..........................................................................................................1 1.1 课题研究背景 ...............................................................................................1 1.2 国内外研究现状............................................................................................2 1.2.1 无源功率因数校正 ..................................................................................3 1.2.2 有源功率因数校正技术 ..........................................................................3 1.3 有源功率因数校正的控制策略的研究 ..........................................................4 1.4 无桥 PFC 拓扑结构的研究现状 ....................................................................5 1.5 论文主要研究内容.........................................................................................6 第 2 章无桥 PFC 电路拓扑的研究及其噪声分析 .................................................7 2.1 引言 ................................................................................................................7 2.2 传统 PFC 电路的电磁干扰 ............................................................................7 2.3 PFC 电路的 EMI 对比 ...................................................................................7 2.3.1 PFC 电路 EMI 分析 ................................................................................8 2.3.2 无桥 PFC 电路优缺点比较 ...................................................................10 2.4 改善电路 EMI 的方法 .................................................................................12 2.4.1 平衡电桥法改进电路的 EMI ................................................................12 2.4.2 抖频技术改进电路的 EMI ....................................................................14 2.5 本章小结 ......................................................................................................15 第 3 章无桥 PFC 电路的数字控制 ......................................................................16 3.1 引言 .............................................................................................................16 3.2 无桥 PFC 电路小信号模型 .........................................................................16 3.2.1 无桥 PFC 电路电压环路和电流环路模型分析....................................16 3.3 电路的数字控制分析 ..................................................................................19 3.3.1 电压环数字控制分析 ...........................................................................19 3.3.2 电流环电路控制分析 ...........................................................................21 3.4 实验验证 .....................................................................................................22 3.4.1 电路的 Saber 仿真 ................................................................................22 3.4.2 系统的硬件设计 ...................................................................................23

无桥部分有源PFC的理论分析与实验研究

部分ＡＰＦＣ技术是一种集有源功率因数校正
制方案。与传统的双端脉冲控制方案不同的是，在电源电压ｕｉｎ的正／负半个周期内，在０￣θ１时间，因为ｕｉｎ很低，此时即使调节占空比Ｄ，使其接近１００％，电流上升也非常缓慢，因此在０￣θ１时间内并不控制功率开关对输入电流进行斩波；在 θ４￣π时间，同样不对ｕｉｎ进行斩波，而是利用电感的续流作用，让输入电流自然下降为零。在ｕｉｎ较低的 θ１￣θ２和 θ３￣θ４时间内控制功率开关工作，让电路处于强迫整流状态；而在ｕｉｎ较高的 θ２￣θ３的时间内，让功率开关停止工作，从而使电路处于自然整流状态。θ２，θ３的时刻由负载功率决定，负载越大，ＡＰＦＣ作用时间 θ２值就越大（其中 θ２＋θ３＝π）。采用改进的双端脉冲控制方案得到的输入电流各次谐波含量同样能满足ＩＥＣ６１０００－３－２标准，且能获得更高的效率。
无桥部分有源ＰＦＣ的理论分析与实验研究
处于续流阶段。
和制热，获得良好的控制效果；负载较小时，适当减
为了分析比较ＢＬＰＦＣ电路与传统ＰＦＣ电路的效率情况，以正半周即ｕｉｎ＞０为例，详细分析了两种电路在每一时刻的损耗情况，如表１所示。
小 θ１的取值，以使变频器的调制度适当增加，从而改善轻载低速时的调速性能。
桥前电压ｕＡＢ波形的包络线应该与电解电容上纹波电压ｕ! Ｃｅ的波形相一致；在电源负半周期内，ｕＡＢ的包络线应该与ｕ! Ｃｅ的包络线关于横轴对称，两者关系如图４所示。
ＷＡＮＧＨａｎ１，ＹＡＮＧＸｉｎｇ－ｈｕａ１，ＹＡＮＧＸｉ－ｊｕｎ１，ＬＥＩＨｕａｉ－ｇａｎｇ２
（１．ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＡＰＦＣ）ａｎｄｐａｓｓｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＰＰＦＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｐａｒｔｉａｌＡＰＦＣｐｏｓｓｅｓｓｅｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ，ｓｏｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｍｅａｐｐｌｉａｎｃｅｓｉｎｄｕｓｔｒｙ．ＡｓａｍｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅＢｕｃｋＡＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｐａｒｔｉａｌＡＰＦＣｈａｓｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏｒｑｕｅｒａｎｇｅａｎｄｌｉｍｉｔｅｄｍｏｔｏｒｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ．ＡｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐａｒｔｉａｌＡＰＦＣｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｉｍｅｏｆＡＰＦＣｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｂｒｉｄｇｅｌｅｓｓ（ＢＬＰＦＣ）ｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＭＣＵｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ．ＴｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｇｒｅａｔｌｙｂｏｏｓｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔＤＣｖｏｌｔａｇｅ，ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅｒａｎｇｅ，ｐｏｓｓｅｓｓｅｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎｍｅｒｉｔｏｆｐａｒｔｉａｌａｃｔｉｖｅＰＦＣａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＭＩ）ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｉｔｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｈｅｏｒｙ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｂｒｉｄｇｅｌｅｓｓＰＦＣｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｓｅｒｉａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ；ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ／ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｓｅｒｉａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

抑制电流畸变的无桥PFC控制策略仿真研究

抑制电流畸变的无桥PFC控制策略仿真研究
无桥PFC控制策略是一种抑制电流畸变的控制方法，在大功率电子设备中得到了广泛应用。

本文针对无桥PFC控制策略的效果进行了仿真研究，以验证其在实际应用中的可行性和有效性。

我们简要介绍了无桥PFC控制策略的原理。

无桥PFC控制策略是通过在输入电压处采用桥式整流器，结合传统的电流控制技术，将输入电源转变为稳定的直流输出电压。

这种控制策略可以有效地降低输入电流的畸变程度，并提高整个系统的功率因数。

在仿真研究中，我们选取了一种常见的电力电子设备作为研究对象。

我们建立了一个包含无桥PFC控制功能的电源模型，并采用MATLAB/Simulink软件进行仿真。

在模型中，我们考虑了输入电压波动、负载变化等实际情况，并对不同的控制参数进行了调整和优化。

通过仿真研究，我们得出了以下几个结论：无桥PFC控制策略可以有效地抑制输入电流的畸变，并提高系统的功率因数。

不同的控制参数对系统性能的影响较大，需要仔细调整和优化。

输入电压波动和负载变化等因素对系统稳定性和性能也有一定影响，需要进行合理的设计和控制。

本文对抑制电流畸变的无桥PFC控制策略进行了仿真研究，通过建立电源模型、考虑实际因素等手段，验证了该控制策略的可行性和有效性。

这对于电力电子设备的设计和控制具有一定的参考意义，对于提高系统稳定性和性能有重要的实际应用价值。

抑制电流畸变的无桥PFC控制策略仿真研究

抑制电流畸变的无桥PFC控制策略仿真研究摘要：无桥PFC（Power Factor Correction）控制是一种用于改善电力系统性能的重要技术。

为了解决电流畸变问题，本文提出了一种抑制电流畸变的无桥PFC控制策略，并使用仿真方法进行了研究。

通过建立数学模型和仿真实验，验证了该控制策略可以有效地抑制电流畸变，提高系统的稳定性和可靠性，具有一定的工程应用价值。

1. 引言随着电力电子技术的不断发展，电力系统的性能要求也越来越高。

无桥PFC技术是一种重要的控制技术，可以有效改善电力系统的性能，提高电力质量，减少谐波污染，保护电力设备。

电流畸变是当前电力系统中一个普遍存在的问题，会导致系统的性能下降，对电力设备造成损害，甚至引发安全事故。

研究抑制电流畸变的无桥PFC控制策略具有重要的理论和实际意义。

2. 电流畸变的影响及控制策略在本研究中，我们提出了一种抑制电流畸变的无桥PFC控制策略。

该策略主要包括三个方面的内容：第一，优化开关器件的控制方式，提高系统的控制精度；第二，采用合适的电流控制算法，实现对电流的精确控制；设计合适的滤波器来减小系统中的谐波干扰，提高系统的稳定性和可靠性。

4. 系统建模与仿真实验为了验证抑制电流畸变的无桥PFC控制策略的有效性，我们建立了系统的数学模型，并进行了仿真实验。

在建立数学模型时，我们考虑了系统中的电源、开关器件、控制算法和滤波器等各个部分的影响，通过建立系统的状态方程和传递函数，得到了系统的稳态和动态特性。

在仿真实验中，我们验证了所提出的控制策略可以有效地抑制电流畸变，提高系统的性能。

5. 结论抑制电流畸变的无桥PFC控制策略是一个重要的研究课题，对于提高电力系统的性能，减少谐波污染，保护电力设备具有重要的意义。

我们将继续深入研究相关问题，为电力系统的改进和优化做出更多的贡献。

一种新型无桥部分有源PFC的实验研究

一种新型无桥部分有源PFC的实验研究2008-9-16 13:58:00王晗杨喜军雷淮刚裴玉明供稿1 引言在变频家电行业，交直交变频器的应用越来越广泛。

这种变频器的前级一般都采用不可控整流桥和电解电容滤波，在网侧产生了严重的谐波电流污染，致使产品不能通过iec61000-3-2和iec61000-3-12[1-2]，所以必须在这些装置的前级加装有源功率因数校正器。

传统的有源功率因数校正器，属于一种完全有源pfc，虽然校正效果良好，但是大功率情况下，功率器件损耗较大，发热也比较严重。

文献[3]提出的部分pfc电路，其实质属于一种buck型pfc电路，虽然校正效果和效率都很好，但是由于斩波区间电角度不可调，在大功率情况下，直流侧电压跌落比较厉害，造成后级逆变器系统调制度的减小，降低了电动机的恒转矩范围。

另外部分pfc电路在斩波区间采用开关频率固定的调制方案，使得系统在开关频率附近产生较强的emi，如果采用开关频率变化的调制策略则将大大降低开关频率附近的emi。

鉴于上述几点，本文基于无桥pfc这种高效率的电路拓扑，采用开关频率调制方式研究了一种新型的部分有源pfc电路，通过调节斩波区间的电角度去调节直流母线电压，属于一种buck-boost型的变换器。

通过理论分析揭示了无桥pfc电路的本质，并进行了仿真分析和实验研究。

2 部分pfc电路的原理分析2.1 传统的部分pfc电路文献[3]提出的部分pfc电路，基于传统的单相boost拓扑如图1所示，采用固定电角度斩波的双端脉冲控制方案如图2所示。

图1 传统的单相pfc电路拓扑图2 固定电角度的双端脉冲控制方案图1所示的传统单相pfc电路一共使用了六个功率器件，在电路工作的每一个时刻都有3个功率器件处于工作状态，具有损耗较大，成本过高等不足，且电路不对称，因此emi也较强。

图2所示的部分pfc采用的固定电角度的双端脉冲控制方案，在输入电源的正/负周期内，在电源电压较低的区间（0-θ1和θ2-π）内，对功率开关s进行控制，在电源电压峰值附近的区间内（θ1-θ2），功率开关s始终处于关断过程。

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综合考虑下来还是采用标准无桥 PFC 作为现阶段的拓扑, GaN 开关器件普及之后采用图腾柱 PFC
图片来源: Conduction Losses and Common Mode EMI Analysis on Bridgeless Power Factor Correction By Qingnan Li, Michael A. E. Andersen, Ole C. Thomsen
假图腾柱 PFC 在图腾柱 PFC 基础上演化而来 D2 和 D4 代替了原来 S1 和 S2 内部的体二极管的续流作用控制方式和图腾柱 PFC 完全相同这种拓扑需要两个电感, 利用率不高, 体积较大, S2 极难驱动这种拓扑只能算在高性能开关器件诞生前的一种这种方案
介绍了这六种 PFC, 每一时刻电流只通过两个功率开关器件, 比传统 PFC 的三个少, 在不使用软开关和交错技术的情况下, 理论上这些拓扑的损耗几乎相差无几, 都比传统 PFC 高剩下的主要就从 EMC 和易于实现的角度考虑了
图腾柱 PFC 由标准无桥 PFC 演化而来, 但是原理稍微改变 D1 和 D2 为低频二极管, S1 和 S2 的体二极管提供高频整流开关作用这种电路具有较低的 EMI, 使用元件较少, 设计可以很紧凑但是 S1 和 S2 需要使用不同的驱动信号, 工频周期不同信号也不一样, 增加了控制的复杂性, S2 不容易驱动(可以尝试 IR2110 等自举驱动芯片) S1 和 S2 如果采用 mos, mos 的体二极管恢复较慢(通常数百 ns)会产生较大的电流倒灌脉冲, 引起很大的损耗, 足以抵消无桥低损耗的优势 S1 和 S2 如果采用 IGBT, 虽然其体二极管的性能没问题, 但是其导通压降比较大, 也会产生很高的损耗, 尤其是在低电压输入的情况下现在有一些国外公司在研制 GaN 和 SiC 高性能开关管, 开关速度极快, 没有体二极管反向恢复问题, 这些技术尚在研发中, 现在是在市场上见不到这些产品的. 如果未来这些高性能器件能大规模普及, 图腾柱 PFC 将有机会成为最流行最高效的 PFC 拓扑
上接：大功率无桥 PFC 研究系列(2):/bbs/dpj-30913-1.html 经过之前的讨论和权衡，最终决定试制标准无桥 PFC 的样机。
设计指标输入 85-265VAC，输出 400VDC，最大输出功率 1.5kw，在 85V 输入时也达到 1.5kw
窝的电感采用了 1.8mm 的漆包线绕制，因为是 CCM 的，所以高频电流成分很少，基本能按照工频标准选择线径磁环采用 90 导磁率的 77442 控制部分和功率部分的参数如下：
C401 和 C402 用于提供高频回路并降低 EMC 问题 D407 和 D408 用于在启动的时候给高压电容充电，防止电流冲击电感继电器用于在 PFC 正常工作之后短路启动限流的 NTC 电阻，降低损耗
当开关管开通时, 电流会经过 2 个低速整流二极管, 1 个 mos 管, 当开关管关闭的时候, 电流会经过 2 个低速整流管和 1 个快恢复二极管。对于 110V 情况下输出 1500W 的 PFC 来说,整流桥损耗可达 30W 左右, 是一个相当可观的数字，如果能通过改进拓扑取消掉整流桥, 将会极大的提高效率. 改进的电路如下图, 它在每个正周期内和负周期内等效为 1 个普通的 Boost 拓扑:
这里有 L1 和 L2 两个电感，L1 对功率管电流进行采样，L2 对二极管电流采样，合成之后便是含有高频成分的电感电流波形。当 AC 上正下负的时候，当 M2 开启时 L1b 和次级传感了 M2 的电流，M2 关闭之后 L2 则传感了二极管波形当 AC 上负下正的时候，当 M1 开启时 L1b 和次级传感了 M1 的电流，M2 关闭之后 L1a 和 L1b 产生了相反的磁通，互相抵消，此时 L2 传感了二极管的电流波形 Q1 的作用是为了防止 L1 的磁芯通过次级的二极管进行磁复位，防止输出的信号含有复位电流成分由了这个检测方法，就可以准确的反应出电感电流的波形，从而提供给芯片进行功率因数校正
电感电流上升的周期(相当于普通 Boost 中 mos 开通时), 电流经过 2 个 mos 管(其中一个反向导通), 当电感电流下降时,电流经过 1 个 mos 的体二极管和一个快恢复二极管. 由于经过的半导体数目减少了, 而且 mos 具有更低的导通电阻, 因此能极大的提高效率。两个 mos 管可以直接由传统 CCM 控制芯片同时驱动, 也可以加入同步整流逻辑之后驱动, 这样可以在电感电流下降的时候提供பைடு நூலகம்个 mos 管的低压降导通回路, 再提升那么一点点效率.
UCC28019 的开关频率为固定的 65KHz，对于这个 1.5kw 级别的应用正好，是在电感体积和开关损耗之间的一个不错的平衡芯片带有超压保护、开环保护、输入电压过低保护、过流保护、过热保护等功能
比较难攻克的地方就是电流采样，幸运的是 ST 公司的一片应用文档已经给出了不错的解决方案，在这里感谢他们！图来自 ST 公司的 AN1606 文档
对于 CCM 的 PFC, 主要问题是二极管的反向恢复问题, 在反向恢复期间产生的大反向电流会产生额外的损耗还有潜在干扰电路的风险. 具体可以通过增加 RC 电路(有损)或者 ZVT 技术(无损,但是比较复杂) 进行解决, 这里暂时不进行讨论。由于 PFC 通常被设计成宽电压输入模式(85-265V 输入)，在低输入电压时输入电流会比较大, 当输出功率比较大时, 各功率器件尤其是输入整流桥的电流压力和散热压力尤为明显. 如下图
常用的 PFC 电路均为 Boost 升压拓扑, 根据 Boost 拓扑在不同工作模式(DCM\BCM\CCM)下的特性不同, 控制方法可以分为 3 种。 BCM 和 CCM 采用的较多, BCM 为变频控制, 可以实现零电压开启(降低开通损耗), 但是较高的开关管有效电流限制了它只能在中小功率的场合, 大功率场合是 CCM 的天下。
这里有六种无桥 PFC, 分别是:
标准无桥 PFC 这种 PFC 在正负半周的时候, 两个管子一个续流一个充当高频开关这种拓扑的优点是使用功率元件比较少, 两个管子可以一起驱动, 这简化了驱动电路的设计, 同时让直接使用传统 APFC 的控制芯片成为可能. 但它同时存在几个问题, 电流流向复杂而且不共地, 电流采样困难, 有较大的共模干扰因此输入滤波器要仔细设计针对头一个问题, ST 公司和 IR 公司的一些应用文档中已经比较详细的介绍了两种比较可行
' 双向开关无桥 PFC S1 和 S2 组成了双向开关, 他们可以同时驱动, 采用电流互感器可以很容易的检测电流, D1 和 D3 为超快恢复二极管, D2 和 D4 可以采用低频二极管缺点在于整个电路的电势相对于大地都在剧烈变化, 会产生比标准无桥 PFC 更严重的 EMC 问题, 输出电压无法直接采样, 需要隔离采样(使用光耦, 但是会增加复杂度)
PFC 是一种解决传统 AC 整流电路引起的电网污染问题的电路. 常规整流滤波电路的整流桥只有在输入正弦波电压接近峰值时才会导通, 因此导致了输入电流程严重非正弦性, 导致输入产生了大量谐波电流成份, 降低了电网的利用率同时有潜在的干扰其他电器的可能.PFC 电路通过对输入 AC 电流进行'整形', 使输入电流为近似和输入电压同相位的正弦波, 达到了输入功率接近 1 的可能.
注: 本文中的图片来自 Fariborz Musavi 的 Efficiency Evaluation of Single-Phase Solutions for AC-DC PFC Boost Converters for Plug-in-Hybrid Electric Vehicule Battery Chargers 这个文章
稳压管用于保护比较器，电容用于滤波。之所以用输入 AC 分压后和一个非零电压比较是为了在 Sync1 和 Sync2 之间产生一定死区时间避免同时长时间导通引起炸鸡最后是软起动电路
窝选择 UCC28019 作为核心控制芯片，这是一款单周期平均电流控制的 PFC 芯片，单周期控制技术只需要采样输入电流和输出电压即可完成 PFC 功能，传统的 CCM 模式的 PFC 芯片需要额外采样输入电压的瞬时值和有效值，这俩在无桥 PFC 中很难直接采样。因此单周期控制方案成为了首选。
这是给控制电路供电的开关电源电路，AG_15V 用于给软起动电路、同步整流控制电路和低压保护电路供电，电路采用了无光藕的形式，保证了 AG_15V 那路的输出稳定，反激变换器有交叉调整问题，为了保证 PFC 芯片得到稳定供电，IC102 充当了稳压的作用。
下面介绍其他的一些控制电路首先是低压保护功能，防止在电网电压过低时 PFC 输入过大电流而烧毁
这种拓扑带来效率提升的同时, 也带来了一些新的问题: 1. 由于 PFC 的主体都在高频电感之后, 相对于大地(Earth)的电位是高速变化的, 会产生更高的 EMI 问题, 通过采用双对称绕组电感和增加一些高频回路可以减轻这个问题 2. 由于采用了双对称绕组电感, PFC 主体和 AC 线路没有直接的联系, 因此对于控制电路来说, 检测交流线路的有效电压值和瞬时电压值都变得极为困难, 由于有两个 mos 管, 电流的回路也变得比较复杂, 无论用互感器或者电阻都不能简单的获得一个精确的包含电感高频电流成品的信号. 这使得传统 CCM 控制芯片不能发挥用武之地。IR1150 ICE1PCS01 为国际整流器公司和英飞凌公司推出的单周期控制 IC, 他们可以不需要检测 AC 线路的电压就完成 PFC 的任务. 电流检测仍然是个问题, 并且 IR1150 对噪声很敏感, 于是窝准备采用 ICE1PCS01, 毕竟素德国人的东西, 以稳定著称.
上次说到无桥 PFC, 实际上有很多种不同样式的无桥 PFC. 详见： /bbs/dpj-29074-1.html