窗口控制PFC变换电路设计

假设PFC电路的输入功率因数为1，则输入电压和输入电流为同相位的正弦波，可以表示为

根据功率平衡，可以得到输入功率P_i、输出功率P_o之间的关系如下：

式中，η为变换器的效率。如果忽略变换电路中损耗，P_i≈P_o。

PFC电路瞬时输入功率可以表示为

如图3-35所示，瞬时输入功率并不是恒定不变，而是以两倍工频频率脉动，其中主要的功率传递区域出现在图阴影区域。该区域传递的功率可计算为

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图3-35 PFC电路输入功率分析

可见大部分功率在[π/4，3π/4]区间，大部分损耗也产生在这个区域，降低该区域的开关频率可以有效地降低开关损耗。根据以上分析出现了一种新颖的窗口控制技术。

图3-36 功率因数校正变换电路窗口控制概念

图3-36所示为PFC变换电路窗口控制概念，其中T为电网周期，W为窗口区域宽度。从对PFC输入功率特点分析可知，在半个电网周期内，能量主要在中间电网电压较大的区域（图3-36所示的阴影区域）传递，这一区间的MOSFET损耗也占据了全部损耗的较大比例，因此在这一区域降低开关频率可以有效地降低开关损耗。为了防止形成音频噪声，这里最低频率不能低于20kHz；而在电网半波的两侧部分，传递功率较小，MOSFET损耗较小，而此时较低的开关频率难以很好地跟踪正弦参考信号，容易形成过零点畸变，降低功率因数，因此在这个区域需要使用较高的开关频率（如100kHz），以获得较高的功率因数。

窗口区域的宽度W是窗口控制中最为重要的参数，窗口宽度直接影响着电路效率和功率因数。很明显，窗口宽度越大，电路效率越高，但是电流纹波变大，输入功率因数会降低。实际电路中，往往对功率因数的大小有着不同的要求，因此可以根据对功率因数的要求来选择符合条件的窗口宽度。

图3-37给出了窗口控制功率因数校正变换电路实现方式。首先采样输入电压正弦半波V_d，并将其经过低通滤波后得到直流成分V_ff，然后将采样得到的输入电压正弦半波信号V_dd与该直流成分V_ff比较得到窗口控制信号V_EWC。由于采用输入电压正弦半波信号与其直流成分比较得到窗口控制信号，在不同电网输入电压下，两者始终可以保持恒定比例，因此窗口控制信号可以不受电网输入电压变化的影响。通过窗口控制信号V_EWC控制MOS-FET（V₁）的通或断，改变UC3854的外接电容，实现在UC3854的两种振荡频率之间的切换。

图3-37 窗口PFC变换电路实现方式