复合有源箝位ZVS单相PFC变换器

在上述单相软开关PFC变换器拓扑中，图7-33所示的有源箝位Boost型PFC变换器电路拓扑能够有效地抑制二极管的反向恢复，同时实现主开关管和辅助开关管的零电压开关，是较有吸引力的选择。

图7-33 有源箝位Boost型PFC变换器电路

但是，在图7-33所示的有源箝位电路中，当主开关管导通时，二极管VD₂的寄生电容会和谐振电感L_r产生振荡，在二极管上引起很高的振荡电压，振荡电压峰值理论上可以达到两倍输出电压（通信电源PFC输出电压通常为400V），因此二极管VD₂必须选择耐压超过800V的快恢复二极管，高耐压的快恢复二极管往往比较昂贵，这增加了系统的成本，并且高耐压的快恢复二极管具有比较高的通态压降，会带来较大的通态损耗。为了减轻二极管的电压应力，可以给二极管两端加上无源RCD有损缓冲电路，以减小二极管的电压应力。但这样只能在一定程度上减小电压尖峰，而且这类缓冲电路会增加系统的损耗，使得变换器的效率受到了影响。在图7-33所示的有源箝位电路中，当主开关管和辅助开关管的驱动信号因为干扰而存在重叠，使得两个开关管同时导通时，会使得输出电容通过两个开关管短路，造成电路的损坏。

通过在Boost型PFC续流二极管阳极增加额外的快恢复二极管，可以消除传统有源箝位电路中的寄生振荡，如图7-34所示。箝位二极管VD_c箝位续流二极管上的电压为输出电压，这样就可以采用耐压较低的续流二极管。对于改进的有源箝位Boost型PFC变换器，主开关管上的最大电压仍然为V_o+V_Cc。此外，由主开关管和辅助开关管直通而引起的电路损坏的可能性仍然存在，同时主开关管和箝位二极管存在环流，增加了主开关管通态损耗。图7-35所示的电路是另外一种改进的有源箝位Boost型PFC变换器电路，与图7-34所示的电路相比，图7-35所示的电路可以较好地解决环流损耗问题，该电路存在的主要问题是随着负载功率的增加，主开关管的附加电压应力V_Cc增加较多，限制了电路在较重负载条件下的运行。图7-33和图7-34所示的电路也均存在此类问题。

图7-34 改进的有源箝位Boost型PFC变换器电路1

图7-35 改进的有源箝位Boost型PFC变换器电路2

图7-36所示为采用耦合电感的有源箝位Boost型PFC变换器电路。它是对图7-34所示的有源箝位电路进行改进，将谐振电感替换为耦合电感，这样可以实现主开关管和辅助开关管的共地驱动，简化电路控制系统，但是由于漏感的存在，电路的损耗仍然比较大。

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图7-36 采用耦合电感的有源箝位Boost型PFC变换器电路

图7-37所示为一种无附加电压应力的有源箝位PFC变换器电路。该电路的优点在于开关管电压应力等于输出直流母线电压，缺点是辅助开关管环路损耗严重，导通损耗大。

图7-37 无附加电压应力的有源箝位PFC变换器电路

针对传统有源箝位PFC变换器中存在的寄生振荡等问题，浙江大学徐德鸿教授将在DC-DC电路中使用的复合有源箝位技术引入Boost型PFC变换器中，提出复合有源箝位Boost型PFC变换器（CAC Boost PFC）电路，如图7-38所示。

图7-38 复合有源箝位Boost型功率因数校正器

图7-38所示的复合有源箝位Boost型PFC变换器电路，与传统的有源箝位电路一样，谐振电感L₁被用来抑制二极管反向恢复电流，减小二极管反向恢复引起的损耗。与传统的有源箝位电路不同之处在于：由箝位电容C_c和辅助开关管V₃组成的箝位支路并联在谐振电感L₁两端，用于箝位谐振电感L₁两端的电压。变换器的三个开关器件V₁、VD₂和V₃与箝位电容C_c和输出电容C_o组成一个箝位回路。在这个回路中，有

变换器的关键在于：除去开关切换瞬间外，在一个工作周期内，变换器的三个开关器件中有且仅有两个在导通，这样关断的那个器件的电压就被箝位在V_o+V_Cc，这样就消除了二极管输出电容和谐振电感之间的寄生振荡。与传统的有源箝位电路一样，复合有源箝位变换器也能够实现主开关管和辅助开关管的零电压开关。