摘要：介紹了一種新的單級功率因數校正拓撲，結構簡單，成本低，效率高。采用無橋Boost實現PFC功能同時集成半橋DC/DC變換器。分析了其工作原理并給出了仿真電路圖和結果，另外還討論了降低儲能電容電壓的方法。

敘詞：功率因數校正 無橋Boost DC/DC變換 電源

Abstract：This paper presents a new power factor correction (PFC) method for Bridgeless Boost converter integrating dc/dc converter. The proposed topology has fewer components and improves the efficiency. The paper analyzes the basic principle of the circuit and gives the simulated circuit and results. At last discuss the method of low down the stress of bulk capacitor.

Keyword：PFC Bridgeless Boost DC/DC converter

1　引 言

傳統AC/DC變換器由于輸入整流橋后面直接接儲能大電容，導致變換器輸入諧波大，功率因素低，并且對電網造成污染。為了減小對諧波的污染，要求AC/DC變換器必須進行功率因素校正。比較常用的方法是在變換器中加入一級有源功率因數校正環節，也就是兩級變換器。但是兩級變換器增加了變換器的成本和復雜度，特別在小功率場合，尤其不適合。為此，提出了單級PFC的概念，也就是將PFC級和DC/DC級集成在一起，共用開關管。隨后提出了新型的單級PFC族受到了廣泛的關注，單級PFC的各種拓撲和控制方法紛紛出現。

2　無輸入整流橋的單級PFC變換器

PFC級常用的方法是在電網輸入后加全橋整流，而工頻的整流橋不但體積大而且帶來損耗。文獻[1]將單相PWM整流器集成到PFC級，省掉了輸入整流橋，從而提高效率。圖1為PWM整流器的兩種拓撲結構。

圖1(a)和(b)的工作原理類似，都相當于兩個Boost電路，可以在輸入交流電壓正負半波的時候切換工作。圖(b)的優點是兩個MOSFET共源極，這樣就不用采用隔離驅動，簡化設計。而圖(a)中隱藏著一個半橋開關管橋臂，文獻[2]成功的將圖1(a)中PWM整流器應用到電子鎮流器中，設計出無輸入整流橋的半橋結構單級PFC電子鎮流器，并且做出實驗結果。

本文在此基礎上，將圖1(a)中的PWM整流器和對稱半橋集成在一起，設計無輸入整流橋的單級PFC。

3　工作模態分析

圖2所示的單級PFC電路集成PWM整流器和半橋電路，從而省去了輸入整流橋。當交流輸入Vin處于正半波的時候上管作為PFC級和DC/DC級的集成開關管，當交流輸入Vin為負半波的時候，下管為集成開關管。兩組boost電路在工頻周期里實現PFC，而電感Lpfc上的電流始終保持斷續模式，以讓其峰值電流自動跟隨輸入電壓。由于后級為半橋dc/dc變換器，兩個開關管的占空比都為D, 則后級工作在連續模式時輸出電壓

這里Vo為輸出電壓，n=ns/np為次級繞組比初級繞組的比值，如果次級采用平衡繞組，則兩個次級繞組和初級繞組的比值為n1=n2=n。VC為儲能電容上的電壓。

圖3為Q1和Q2的控制信號。

以下分析各開關模態的工作狀態，在此之前先做一些假設：

1.假設輸出濾波電感和變壓器勵磁電感足夠大，其上的電流可認為是恒流。

2.元器件均為理想器件。

a.輸入電壓為正半波時，Q1占空比為D，Q2占空比也為D：

模態1，圖(4-a)：此模態中Q1導通，Lpfc上電流上升儲能，同時C1通過Q1給變換器次級提供能量。

模態2，圖(4-b)：此模態中Q1關斷，電感Lpfc電流經D1以及Q2的體二極管給C1，C2充電。變壓器漏感Lr電流和勵磁電流經Q2的體二極管給C2充電。

模態3，圖(4-c)：此時Q2導通，C2經變壓器給次級提供能量。

模態4，圖(4-d)：此模態中Q2關斷，變壓器漏感Lr電流和勵磁電流經Q1的體二極管給C1充電。

b.輸入電壓為負半波時，Q1，Q2占空比也為D：

在這半個工頻周期內，Q2作為PFC級和DC/DC級的共用開關管。但是其工作原理與正半波的時候完全類似。

4　仿真電路及其波形

本文利用SIMetrix仿真軟件對無輸入整流橋的單級PFC變換器進行仿真分析。電路參數設置為：輸出功率 =50W,輸入電壓 =200 ，輸出電壓 =12V，電感 =100µH，開關頻率 =100kHZ，輸出濾波電容 =400uF， =400uF。采用芯片為uc1825,兩路控制信號輸出，圖5是仿真電路。仿真輸出波形與理論分析完全相符。輸出電壓12V以及電容(C1C2兩端)電壓，電感Lpfc上電流波形如圖6所示，從圖中可以看出輸入電流跟隨輸入電壓。仿真結果表明上文對基于無輸入整流橋的單級PFC變換器的工作分析是正確的，該電路實現了對系統的功率因數校正功能。

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