五種有源功率因數校正電路工作原理分析

　　常用有源功率因數校正電路分為連續電流模式控制型與非連續電流模式控制型兩類(lèi)。其中，連續電流模式控制型主要有升壓型（BooST）、降壓型（Buck）、升降壓型（Buck－Boost）之分；非連續電流模式控制型有正激型（Forward）、反激型（Fly back）之分，下面對這幾種電路的工作原理分別加以介紹。

　　1.升壓型PFC電路

　　升壓型PFC主電路如圖1所示，其工作過(guò)程如下：當開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)，電流IL流過(guò)電感線(xiàn)圈L，在電感線(xiàn)圈未飽和前，電流線(xiàn)性增加，電能以磁能的形式儲存在電感線(xiàn)圈中，此時(shí)，電容C放電為負載提供能量；當Q截止時(shí)，L兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢VL，以保持電流方向不變。這樣，VL與電源VIN串聯(lián)向電容和負載供電。

　　圖1 升壓型PFC主電路

　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是：（1）輸入電流完全連續，并且在整個(gè)輸人電壓的正弦周期內都可以調制，因此可獲得很高的功率因數；（2）電感電流即為輸入電流，容易調節；（3）開(kāi)關(guān)管柵極驅動(dòng)信號地與輸出共地，驅動(dòng)簡(jiǎn)單；（4）輸入電流連續，開(kāi)關(guān)管的電流峰值較小，對輸入電壓變化適應性強，適用于電網(wǎng)電壓變化特別大的場(chǎng)合。主要缺點(diǎn)是輸出電壓比較高，且不能利用開(kāi)關(guān)管實(shí)現輸出短路保護。

　　2.降壓型PFC電路

　　降壓型PFC電路如圖2所示，其工作過(guò)程如下：當開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)，電流IL流過(guò)電感線(xiàn)圈，在電感線(xiàn)圈未飽和前，電流IL線(xiàn)性增加；當開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，L兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，向電容和負載供電。由于變換器輸出電壓小于電源電壓，故稱(chēng)為降壓變換器。

　　圖2 降壓型PFC主電路

　?。?）這種電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)管所受的最大電壓為輸人電壓的最大值，因此開(kāi)關(guān)管的電壓應力較??；當后級短路時(shí)，可以利用開(kāi)關(guān)管實(shí)現輸出短路保護。

　?。?）該電路的主要缺點(diǎn)是：由于只有在輸人電壓高于輸出電壓時(shí)，該電路才能工作，所以在每個(gè)正弦周期中，該電路有一段因輸人電壓低而不能正常工作，輸出電壓較低，在相同功率等級時(shí)，后級DC／DC變換器電流應力較大；開(kāi)關(guān)管門(mén)極驅動(dòng)信號地與輸出地不同，驅動(dòng)較復雜，加之輸人電流斷續，功率因數不可能提高很多，因此很少被采用。

　　3.升降壓型PFC電路

　　升降壓型PFC電路如圖3所示，其工作過(guò)程如下：當開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)，電流IIN流過(guò)電感線(xiàn)圈，L儲能，此時(shí)電容C放電為負載提供能量；當Q斷開(kāi)時(shí)，IL有減小趨勢，L中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢使二極管D正偏導通，L釋放其儲存的能量，向電容C和負載供電。

　　圖3升壓型PFC主電路

　?。?）該電路的優(yōu)點(diǎn)是既可對輸人電壓升壓又可以降壓，因此在整個(gè)輸入正弦周期都可以連續工作；該電路輸出電壓選擇范圍較大，可根據一級的不同要求設計；利用開(kāi)關(guān)管可實(shí)現輸出短路保護。

　?。?）該電路的主要缺點(diǎn)有：開(kāi)關(guān)管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和，因此開(kāi)關(guān)管的電壓應力較大；由于在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，只有在開(kāi)關(guān)管導通時(shí)才有輸入電流，因此峰值電流較大；開(kāi)關(guān)管門(mén)極驅動(dòng)信號地與輸出地不同，驅動(dòng)比較復雜；輸出電壓極性與輸入電壓極性相反，后級逆變電路較難設計，因此也采用得較少。

　　提示：常用連續電流模式類(lèi)功率因數校正芯片有TDA16888（PFC+PWM）、1PCS01（PFC）、L4981、FA4800（PFC+PWM）、UC3854、UCC3817、UCC3818等。

　　4.正激型PFC電路

　　正激型PFC電路如圖4所示，當開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)，二級管D1正偏導通，電網(wǎng)向負載提供能量，輸出電感L儲能。當Q關(guān)斷時(shí)，L中儲存的能量通過(guò)續流二極管D2向負載釋放。

　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是功率級電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要增加一個(gè)磁復位回路來(lái)釋放正激期間電感中的儲能。

　　圖4 正激型PFC主電路

　　5.反激型PFC電路

　　反激型PFC電路如圖5所示，當開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)，輸入電壓加到高頻變壓器B1的原邊繞組上，由于B1副邊整流二極管D1反接，副邊繞組中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)，電容C放電向負載提供能量。當開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，繞組上的電壓極性反向，二極管D1正偏導通，儲存在變壓器中的能量通過(guò)二極管D1向負載釋放。

　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是功率級電路簡(jiǎn)單，且具有過(guò)載保護功能。

　　圖5 反激型PFC主電路