软开关PFC电路1.6.2版本介绍

1.无源无损缓冲PFC电路

无源无损吸收PFC电路不增加额外的有源器件，仅采用无源元件来抑制二极管的反向恢复，实现电力电子开关器件的软开关，因此具有电路简单、成本低等特点。

图1-21 减小开通损耗或关断损耗的软开关方法

图1-22所示为无源无损缓冲电路，能够实现开关管的零电压开关关断和零电流开关开通。由于谐振电感L_s串联在由二极管VD₁、开关管V₁和输出电容C_o组成的回路中，所以二极管VD₁的反向恢复过程得到显著抑制。该电路的缺点是使用了较多的无源元件，此外增加了导通损耗。

2.零电压转移（ZVT）PFC电路

图1-23所示为零电压转移（Zero Voltage Transfer，ZVT）PFC电路，在主开关管V₁导通之前，首先开通辅助开关管V₂，谐振电感L_r与主开关管V₁两端的电容C_ds1发生谐振，当C_ds1两端的电压谐振到零时，主开关管V₁的反并二极管导通，为主开关管V₁的开通创造零电压开通的条件。在主开关管V₁的反并联二极管导通期间，在主开关管V₁的栅极上加入开通信号，这样实现了主开关管V₁零电压开通，理论上实现了零开通损耗。在主开关管V₁开通后，关断辅助开关管V₂，于是谐振电感L_r的能量传送到输出电容上。在ZVT PFC电路中，二极管的反向恢复得到了显著抑制，并且主开关管V₁是零电压开通和关断的，辅助开关管V₂是零电压关断的，因此显著地减小了开关损耗。但是，该电路中辅助开关管存在较大的开通损耗，此外，辅助开关管V₂的寄生电容和谐振电感之间存在寄生振荡问题。为了进一步提高ZVT PFC电路性能，出现了一些改进的电路。

图1-22 无源无损缓冲电路

图1-23 ZVT软开关PFC电路

图1-24 ZCT软开关PFC电路

3.零电流转移（ZCT）PFC电路

ZVT PFC电路可以实现主开关管的零电压开通和关断，而对于采用IGBT为主开关管的PFC电路，由于IGBT存在关断拖尾电流，因此存在较大的IGBT关断损耗，IGBT工作在零电流关断条件下可以更好地提高变换器的效率。零电流转移（ZCT）软开关PFC电路如图1-24所示，主开关管V₁和辅助开关管V₂均可以实现了零电流关断，但是该电路中主开关管V₁和辅助开关管V₂都是硬开通的，仍存在严重的二极管的反向恢复过程。图1-25是一种改进的ZCT软开关电路，该电路中，主开关管V₁为零电流关断和零电压导通，辅助开关管V₂是零电流关断的，此外，二极管的反向恢复过程得到了抑制。该电路的缺点是，在一个工作周期内，辅助开关要动作两次，不利于有效减小开关损耗。

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图1-25 改进的ZCT软开关PFC电路

4.有源箝位PFC电路

在Boost型PFC变换器中，为了抑制二极管的反向恢复过程，在主开关管V₁和Boost二极管VD₂之间串联一个谐振电感L_r可以有效地抑制二极管的反向恢复过程，如图1-26所示。但是当主开关管V₁关断时，谐振电感L_r会在开关管上产生很大的电压应力，因此需要有一个由辅助开关V₂和电容C_C构成的箝位回路。实际上，有源箝位电路能够实现主开关管V₁和辅助开关管V₂的零电压开通和关断，此外，能够抑制二极管的反向恢复过程。但是该电路存在二极管VD₂的寄生电容和谐振电感L_r之间的寄生振荡，于是出现了改进的有源箝位PFC变换器的方案。

图1-26 有源箝位Boost型PFC变换器

5.零电流转移（ZCT）三相单开关PFC电路

在三相单开关PFC电路中，开关管工作在电流断续模式，因此开关管在零电流条件下导通，开关管的主要损耗是关断损耗。为了减少开关管的关断损耗，出现零电流转移（ZCT）三相单开关PFC电路，如图1-27所示。这里将ZCT技术应用到三相单开关PFC电路，辅助开关S_x总是在主开关管V关断前开通，通过谐振，使主开关管V零电流下降到零后再撤除主开关管V栅极信号，从而显著降低了开关损耗。但是该电路辅助开关管是硬开通的，之后也出现改进的电路方案。

6.谐振直流环节三相六开关PFC电路

三相六开关PFC电路具有输入电流纹波小，功率开关器件的电流应力较小，适合中大功率应用。但是由于功率开关器件开关损耗和反并联二极管的反向恢复特性限制，影响了变换器性能。

图1-27 ZCT三相单开关PFC电路

谐振直流环节（Resonant DC Link，RDCL）被引入三相六开关PFC电路，如图1-28所示。直流侧总是以很高频率振荡，所有三相桥中的功率开关器件只有当直流母线电压谐振到零后进行切换，从而实现三相桥的功率开关器件的零电压开关，减少了开关损耗。这类电路需采用离散脉冲调制（DPM）策略，存在开关频率变化、调制效率低的问题。此外，还出现如有源箝位SVM三相六开关PFC电路、谐振极型软开关三相六开关PFC电路等。

综上所述，软开关功率因数校正电路实现了电力电子开关的零电压或零电流开关，抑制了二极管反向恢复过程，降低变换器的开关过程中的损耗。此外，还减小了开关管的应力和电磁干扰。有利于开关频率提高，减少电磁元件的体积和重量，提高变换器的功率密度。

图1-28 谐振直流环节三相六开关PFC电路