单相功率因数校正电路优化设计方案

从理论上讲，六种基本DC-DC变换电路，即Buck型变换电路、Boost型变换电路、Buck-Boost型变换电路、Cuk型变换电路、Sepic型变换电路、Zeta型变换电路，都可以用于单相功率因数校正，如图1-10所示。单相功率因数校正的基本思想是将输入的交流电压通过整流得到脉动的直流电压，再由DC-DC变换环节，并通过PWM控制，使网侧输入电流跟踪交流电压的瞬时值的变化，从而实现输入功率因数接近1。图1-11给出了隔离型单相功率因数校正电路，分别采用了反激式变换电路和隔离Zeta型变换电路。

图1-10 六种由基本拓扑组成的PFC电路

图1-11 隔离型PFC电路

在上述的各种拓扑中，由于Boost型PFC电路具有输入电流波形脉动小和输出升压功能，功率器件为共源极驱动等优点，因此获得广泛应用。为了进一步减少功率器件的导通损耗，出现了无桥PFC电路，如图1-12所示。无桥PFC电路的优点是在电流的回路中只有两个半导体器件的导通压降，可以减少导通损耗。

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图1-12 无桥PFC电路

对于Boost型PFC电路，根据输入电感中的电流是否在一个开关周期减小到零，可以分为电流连续模式（CCM）和电流断续模式（DCM）。此外，还有介于两者之间的电流临界模式（CRM），CRM Boost型PFC采用变频控制，因此在控制性能上与CCM Boost型PFC变换器存在较大区别，这在电路和控制设计方面需要特别注意。

CCM Boost型PFC变换器具有输入电流的纹波小，方便EMI滤波器设计，而且变换器中功率器件的电流应力也比较小。CCM Boost型PFC变换器的缺点是Boost电感较大，而且存在严重的二极管反向恢复问题，在功率器件上产生较大的开关损耗。

DCM Boost型PFC变换器的特性正好与CCM的相反。DCM Boost型PFC变换器的优点是输入电感较小，并且不存在二极管的反向恢复问题。其缺点是输入电流的纹波较大，需要较大的EMI滤波器，变换器中功率器件的电流应力约为连续导电模式的PFC变换器的两倍。

一般来说，DCM Boost型PFC变换器适合功率500W以下的应用，而CCM式Boost型PFC变换器适合较大功率应用场合。

通常，Boost型PFC变换器作为电源系统中的前级变换器，后面还设立后级DC-DC变换器，以实现电压等级的变换和满足电压调节精度和动态的要求。在有些应用场合，可以将Boost型PFC变换器和DC-DC变换器合二为一，以简化电路，这样的电路称为单级PFC（Single Stage PFC）变换器。单级PFC变换器可以节省功率器件等元器件的数目，降低电源的成本，但是单级PFC变换器在输入电流谐波含量和输出电压精度之间必须做出折中。一般单级PFC变换器应用在小于功率的场合。