单极隔离式功率因数校正（PFC）变换器

1引言

现代开关电源的主要发展趋向之一是提高AC/DC变换器输入端功率因数，减少对电网的谐波污染。传统的AC/DC开关变换器输入端是二极管整流—电容滤波组合电路，其输入端电流波形呈脉冲状，交流网侧功率因数只有06～07，电流的总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion)达到100％。(功率因数为0999时，THD约为3％)[1]。因此进行网侧功率因数校正成为目前研究的热点之一。

目前研究和应用得最多的隔离式高功率因数变换器要用两级DC/DC开关变换器串联，成本增加15％～20％。这种电路的最大缺点是需多个元器件，成本高，效率低，尤其在中小功率场合应用时，很不经济。对于小功率AC/DC变换器，现在国内外正在研究开发单级高功率因数电路，功率因数可达09，而成本只增加5％。因而研究单级功率因数校正及变换技术已成为很迫切的要求。

为了减小PFC变换器的尺寸，降低成本，研究人员尝试把PFC和隔离式DC/DC变换集成为单个功率级，同时完成输入功率因数为1和输出电压恒定的功能。R.Erickson[2]在1990年较早地提出了建立在反激变换器基础上的简单功率因数整流器的设计。接下来的几年里，M.H.Kherulawa[3]等人陆续提出了几种单级PFC技术，但所有这些方案都有输出电压调节慢，控制复杂和效率低等缺点。1994年，RichardRedl[4]等提出了一系列新型单级隔离式功率因数校正变换器，克服了上述缺点，具有快速调节输出电压，只需一个或共同控制的两个开关，一个PWM控制电路和自动整定线电流的优点。RichardRedl的这项技术获得了专利。之后，许多研究者在此基础上研究出各种更完善的单级隔离式PFC变换器，它们与先前研究的变换器相比，在降低贮能电容电压，减少谐波失真和快速调节输出响应等方面有很大的改善。

2单级隔离式变换器的结构图

单级隔离式PFC变换器的功率流图如图1所示，而传统的两级变换的隔离式PFC电路的功率流图如

图1单级式PFC变换器结构图

图2两级式PFC变换器结构图

图3基本BOOST单级隔离式PFC变换器

图4带有再生钳位的BOOST反激型单级隔离式PFC变换器

图5带有源钳位和软开关的BOOST反激型单级

图6单级充电激励式PFC变换器

图2所示。

比较图1和图2，单级隔离式变换器通过控制开关的通断，电路同时满足了输入侧高功率因数和输出侧电压的稳定与快速调节。PFC单元与DC/DC变换单元的开关由同一个PWM控制信号控制，而两级变换器的控制电路相互独立。