PFC電路基本結(jié)構(gòu)和工作原理 - 單級PFC與兩級PFC有什么區(qū)別

　　大家知道：PFC電路后面大的儲能濾波電容C和PFC電感L是串聯(lián)的，由于電感L上的電流不能突變，就對大的濾波電容C的浪涌電流起了限制作用。

　　并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2．由于沒有電感的限制作用，對濾波電容的沖擊反而會更大，但它可以保護(hù)升壓二圾管，特別是PFC開關(guān)管。D1是快速恢復(fù)二極管（由于開關(guān)管是在電感電流不為零的時(shí)候關(guān)斷的，需要承受更大的應(yīng)力，要求二極管有極低甚至為零的反向恢復(fù)電流），承受浪涌電流的能力較弱。減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電壓承載力是相互牽制的，而D2所采用的是普通的整流二極管，承受浪涌電流的能力很強(qiáng)，如1N5407的額定電流3A．浪涌電流可達(dá)200A。

　　該保護(hù)二極管D2表面上降低的是對PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊，但實(shí)際上還有一個(gè)重要的作用：保護(hù)PFC開關(guān)管。

　　在開機(jī)的瞬間，濾波電容的電壓尚未建立，由于要對大電容充電．通過PFC電感的電流相對比較大。如果在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值時(shí)，對電容充電的過程中PFC電感L有可能會出現(xiàn)磁飽和的情況，此時(shí)PFC電路工作就麻煩了，在磁飽和的情況下，流過PFC開關(guān)管的電流就會失去限制，燒壞開關(guān)管。為防止悲劇發(fā)生，一種方法是對PFC電路工作的工作時(shí)序加以控制，即當(dāng)對大電容的充電完成以后，再啟動PFC電路：另一種比較簡單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極管上并聯(lián)一只二極管旁路。啟動的瞬間，給大電容的充電提供另一個(gè)支路，防止大電流流過PFC線圈造成飽和，過流損壞開關(guān)管，保護(hù)開關(guān)管，同時(shí)該保護(hù)二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流，保護(hù)了升壓二極管。另外，D2的加入使得對大電容充電過程加快．其上的電壓及時(shí)建立，也能使PFC電路的電壓反饋環(huán)路及時(shí)工作，減小開機(jī)時(shí)PFC開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間．使PFC電路盡快正常工作?！?，綜上所述，以上電路中二極管D2的作用是在開機(jī)瞬間或負(fù)載短路、PFC輸出電壓低于輸入電壓的非正常狀況下給電容提供充電路徑，防止PFC電感磁飽和對PFCMOS管造成的危險(xiǎn)，同時(shí)也減輕了PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān)，起到保護(hù)作用。在開機(jī)正常工作以后，由于D2右面為B+PFC輸出電壓，電壓比左面高，D2呈反偏截止?fàn)顟B(tài)，對電路的工作沒有影響，D2可選用可承受較大浪涌電流的普通大電流的整流二極管。在有些電源中，PFC后面的電容容量不大，也有的沒有接入保護(hù)二極管D2，但如果PFC后面是使用大容量的濾波電容，此二極管是不能減少的，對電路的安全性有著重要的意義。

　　單級PFC與兩級PFC區(qū)別

　　1.兩級型的PFC電路

　　兩級PFC 電路由一個(gè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器（PFC） 和DCIDC 變換器串聯(lián)而成，如圖2-4所示。前者主要負(fù)責(zé)正弦化輸入電流，使電壓電流同相位，后者主要負(fù)責(zé)調(diào)整輸出電壓，通過DCDC 變化得到可以利用的電壓。

　　這種類型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)有： 可以在得到高輸入功率因數(shù)與低輸入電流諧波的同時(shí)，得到較好的輸出電壓特性，例如較小的輸出電壓紋波，較快的輸出電壓調(diào)整率等： 可以在實(shí)現(xiàn)輸入、輸出絕緣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較長的掉電維持時(shí)間; 電路中的能量存儲電容的電壓可控。但是電路較為復(fù)雜，由于能量要被處理和傳遞兩次，因此整機(jī)效率較低，需要兩套控制電路，成本較高。它的應(yīng)用場合主要有： 后級電路對PFC 電路的輸出特性要求較高時(shí)，或整個(gè)產(chǎn)品對輸入電流質(zhì)量要求較高的場合“”。一般研究中，只對前一級進(jìn)行研究，使電路的功率因數(shù)盡可能接近1，減少諧波對電網(wǎng)的污染，后一級只是對前一級的輸出電壓做一變化，得到人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫碾妷骸?/p>

　　在本文中，主要研究兩級功率因數(shù)校正電路的功率因數(shù)校正級，使功率因數(shù)達(dá)到要求的同時(shí)，穩(wěn)定輸出電壓，以便后面DCDC變化。

　　2.單級型的PFC電路

　　同兩級PFC 電路相比，單級型的PFC 電路將PFC級和DC/DC級組合在一起，只有一個(gè)開關(guān)和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對輸入電流的整形和對輸出電壓的快速調(diào)節(jié)530。如圖2-5 所示，控制電路的作用是實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)，得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，要求電路必須具有固有的PFC 功能，即在不對PFC進(jìn)行控制的情況下，輸入電流能夠完全或部分跟隨輸入電壓的正弦變化。眾所周知，在固定占空比時(shí)，工作在DCM 模式的BOOST，BUCK-BOOST，SEPIC，CUK，ZETA 等變換器具有固有的PFC 功能。為了簡化電路，大部分單級PFC變換器都是采用BOOST或BUCK-BOOST變換器，工作在DCM模式，實(shí)現(xiàn)輸入電流整形（Input-Current-Shaping ICS）。

　　大多數(shù)單級PFC拓?fù)淇梢灾苯訌膬杉塒FC拓?fù)浣?jīng)過簡單的組合得倒，在所有PFC變換器中，瞬時(shí)輸入功率在一個(gè)交流周期都是脈動的。在單級功率因數(shù)校正電路中，能量只被處理與傳遞一次，只用到一個(gè)開關(guān)管，輸入電流的正弦化與輸出電壓調(diào)整在一個(gè)電路中完成。這種類型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)有： 電路結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低。但該電路存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，在高輸入電壓和輕載時(shí)，由于輸入能量和輸出能量瞬間不平衡而導(dǎo)致儲能電容CP電壓應(yīng)力過高，因此為了滿足輸出保持時(shí)間的要求，需要大容量和高耐壓的電解電容［21。主要應(yīng)用于輸出功率較小的場合，或者后級對PFC 電路的輸出特性要求不高的場合。