一款基于無(wú)橋APFC電路的單周期控制方案與應用

引言

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中整流器、開(kāi)關(guān)電源等非線(xiàn)性負載不斷增加。這些存在沖擊性的用電設備，將引起網(wǎng)側輸入電流發(fā)生嚴重畸變，產(chǎn)生大量諧波污染，導致電網(wǎng)功率因數過(guò)低，所以提高功率因數勢在必行。

早期功率因數校正采用在整流器后加濾波電感電容實(shí)現，功率因數一般只有0.6左右;在20世紀90年代，有源功率因數校正(APFC)產(chǎn)生，是在整流器和負載之間接入一個(gè)DC/DC 開(kāi)關(guān)變換器，其基本原理是通過(guò)控制電路強迫交流輸入電流波形跟蹤交流輸入電壓波形，從而實(shí)現交流電流波形正弦化，并與交流輸入電壓波形同步，功率因數可提高到0.99以上。

APFC 電路拓撲

1、傳統有橋APFC拓撲

傳統BoostAPFC 電路組成由整流橋和PFC 組成，如圖1所示。工作時(shí)流通路徑有三個(gè)半導體工作，功率因數低。當變換器功率和開(kāi)關(guān)頻率提高時(shí)，系統通態(tài)損耗明顯增加，整體效率低，且控制電路較復雜。

2、基本無(wú)橋APFC拓撲

針對傳統有橋電路的問(wèn)題，本文提出了既能提高PF而且通態(tài)損耗低的無(wú)橋電路，如圖2所示。表1為有橋拓撲和無(wú)橋拓撲的對比。

從表1看出，當MOSFET導通和關(guān)斷時(shí)，無(wú)橋APFC相對于有橋APFC 都節省了一個(gè)二極管。經(jīng)過(guò)理論計算后得出，無(wú)橋拓撲APFC 在全功率輸入時(shí)，可提高約1%的效率。而且無(wú)橋拓撲更利于電路集成化。但基本無(wú)橋Boost APFC 電路存在共模干擾嚴重、電流采樣難的問(wèn)題。

3、雙二極管式無(wú)橋APFC拓撲

為了解決基本無(wú)橋Boost APFC 電路EMI 嚴重、電流采樣難的問(wèn)題，對基本無(wú)橋Boost APFC 電路加以改進(jìn)，如圖3所示，在基本無(wú)橋Boost APFC 電路上增加兩個(gè)快恢復二極管VD3和VD4。