改进的单级功率因数校正AC/DC变换器的拓扑综述

辅助开关S_r的驱动波形如图11所示，当输入电压在零附近时，辅助开关S_r导通，使附加绕组N₁短路，从而改善了输入电流的波形，减少了输入电流的谐波含量，提高了功率因数。

当输入电压大于某一值时，辅助开关管S_r关断；其余的工作情况与图8和图9相似。辅助开关S_r在输入电压很小时才导通工作，其余时间不工作。因此，流过S_r的电流很小，S_r的功率损耗很小。由图11知，辅助开关的工作频率为交流电源频率的两倍。故在整个工作期间，S_r的开关损耗很小。另外，辅助开关S_r的控制电路也很简单。由上述分析知，带低频辅助开关的单级PFC变换器减小了输入电流的谐波含量；提高了功率因数和效率；降低了电容电压。

图11 辅助开关S_r的驱动波形

辅助开关S_r也可以放在其他位置，得到不同的拓扑结构，如图12所示。图12(a)所示的电路使L1旁路，也就是说，输入电压在零附近时，导通开关S_r，使L₁短路，电路工作在DCM下，从而增加了输入电流，这种方法不能消除输入电流的死角。因此，与图10的电路相比，图12(a)的电路的输入电流的畸变更大。S_r另外一种实现方式如图12(b)所示，使L₁和N₁都旁路，也就是说，输入电压在零附近时，导通开关S_r，使L₁和N₁都短路。这种方法可以完全消除输入电流的死角，提高功率因数。但是，与图10的电路相比，图12(b)电路中的储能电容电压更高。因为，图12(b)电路有一小部分时间工作在DCM下。另外，该方法也可以应用在其他的DCM/CCM单级PFC变换器中，如图13所示的带低频辅助开关的DCM单级PFC变换器。

(a) 使L₁旁路

(b) 使L₁和N₁都旁路

图12 S_r不同位置的实现方式

图13 带低频辅助开关的DCM单级PFC变换器

3.4 带有源箝位和软开关的单级PFC变换器

单级隔离式PFC变换器与普通的DC/DC变换器相比有电压、电流应力高，损耗大的缺点。因此，采用有源箝位和软开关等先进技术来减小单级隔离式PFC变换器的开关损耗和电压应力。

带有源箝位和软开关的单级隔离式PFC变换器[10]如图14所示。S为主开关，S_a为辅助开关。C_c为箝位电容，C_B为储能电容，C_r为开关S和S_a的寄生电容以及电路中其他的寄生电容之和。Boost单元工作在DCM下，保证有高的功率因数；为避免DCM有较高的电流应力，Flyback设计为CCM。采用有源箝位和软开关技术限制了开关的电压应力，再生了储存在变压器漏感中的能量，为主开关和辅助开关提供了软开关条件，减少了开关损耗，提高了变换器的效率。主开关与辅助开关用同一个控制/驱动电路，进一步提高了电路的实用性。

图14 带有源箝位和软开关的单级隔离式PFC变换器

4 结语

单级PFC变换器由于具有电路简单，成本低，功率密度高的优点，而在中小功率场合得到了广泛的应用。通过分析单级PFC的拓扑结构，指出了它存在的一些问题，如储能电容电压随输入电压和负载的变化而变化，在输入高压或轻载时，电容电压可能达到上千伏；变换器的效率低；开关损耗大；有源开关的电压、电流应力高。而对用变压器绕组实现负反馈，用软开关技术，用低频辅助开关以及并联PFC等方法来降低电容电压，开关损耗，减少电流谐波含量和提高效率等问题进行了综述，并分析了几种改进拓扑的工作原理，比较了它们的优缺点。