有源两级PFC变换技术

在有源两级PFC变换器中，第一级电路实现输入电流跟随电网电压的变化，以提高输入的功率因数，并抑制输入电流的谐波为目的。第二级电路为DC-DC变换器，实现输出电压的调节。两级PFC电路中，它们都有各自的开关器件和控制电路，可以方便地实现更优的性能。但是这类电路中控制开关器件多、成本高，通常实用于精密电源和大功率电源的功率因数校正。

前级的PFC可以是Buck型、Boost型或Buck-Boost型等电路。但考虑到Boost型电路具有输入电流连续或电流纹波小的特点，是目前流行的前级的PFC拓扑。后级的DC-DC变换器可以采用全桥式DC-DC变换器或半桥式DC-DC变换器等拓扑。

可见，有源两级PFC变换器的关键是在第一级电路如何控制实现输入电流对电压变化的跟踪，提高功率因数，减小电流谐波。

图2-24所示的电路中，作为有源两级PFC变换器的第一级电路，可看作是由单相二极管整流器和Boost型变换器组成。其基本工作原理是：基准电压V_ref与输出电压的采样值作为电压误差放大器的输入，比较放大后的输出作为乘法器的一个输入，整流器的输出电压v_dc（周期为100Hz的半正弦波）经采样后作为乘法器的另一个输入，乘法器的输出提供电流反馈控制的基准信号，与电感上电流i_L的检测信号（图中由采样电阻R_s检测得到）比较，经电流误差放大器后作为调制信号，经PWM调节器后得到驱动开关管V的信号，实现整流输入电流跟踪整流电压波形、减小电流谐波、提高输入端功率因数。这种控制方法可以实现电感电流工作在连续模式下。

图2-24 Boost型PFC变换器的一种控制原理示意框图

图2-25所示为电路输入端电压、电流示意波形。在一个开关周期中，当V导通、VD截止时，电感电流i_L=i_i=i_V（见图2-25a中放大部分显示），电感电流是按正弦变化增大的，电感储能，输出端电容放电，以维持输出电压。当VD导通，V截止时，i_L=i_i=i_VD（见图2-25a中放大部分显示），电感释放电能，与电网一起向负载传送能量，同时对输出电容充电。

为了减小电流畸变率，并保证电感电流连续，占空比D应随电网按正弦规律变化。因此，在控制电路中，以整流器的输出电压v_dc波形作为基准，使电感电流i_L在开关管V的开通、关断的状态变化中，围绕基准波形变化，当载波频率远高于电网频率时，电感电流i_L将按正弦变化，输入电流i_i被调制成接近工频正弦（含高频纹波）的波形。(www.xing528.com)

根据控制方式的不同，可以实现不同类型的电感电流i_L波形，满足输入电流i_i被控制成接近工频正弦波的目标。除了图2-25a中示意的波形外，图2-26a、b也是常见的两种控制电流的波形。

图2-25 Boost型PFC变换器输入端电压、电流波形

图2-26 其他不同电流控制方式的电感电流波形

若采用的控制方法能保证有源两级PFC变换器的第一级Boost型电路的输入电感电流i_L波形为连续，可实现较小的高频电流纹波，这样开关管承受的电流应力也较低，可采用较小的EMI滤波器，但同时存在对二极管反向恢复的影响，开关损耗较高。通常这类控制模式的两级PFC变换器应用于较大功率场合。

当然也可以实现有源两级PFC变换器的第一级Boost型电路的输入电感电流i_L波形为断续，这样的控制方式，可以实现开关管的零电流开通，而且不承受二极管的反向恢复电流。但是由于电流峰值较大，使得开关管承受大的电流应力，通态损耗高，而且电感电流脉动大，对滤波电路要求高。这类工作模式一般应用在较小功率场合。