基本应用电路：有源PFC升压式变换器

有源PFC升压式变换器的简化电路及工作原理分别如图10-6、图10-7所示。BR为整流桥，交流正弦波电压u经过整流后得到直流脉动电压U_I（t）。控制环由PFC电感（亦称升压电感）L、功率开关管V（MOSFET）、输出整流管VD、输入电容器C_I（小容量的陶瓷电容器）、输出滤波电容器C_O（较大容量的电解电容器）、PWM控制器、DC取样电路和AC取样电路构成。该PWM控制器可同时接收DC取样电路、AC取样电路传来的两路信号，输出为导通时间（t_ON）固定、而频率可变的PWM信号，输出占空比的调节范围可达0～100%。

图10-7 有源PFC升压式变换器的工作原理

a）当V导通时 b）当V关断时

在PWM信号的控制下，当V导通时变换器形成两个独立的电流回路，如图10-7a所示。第一个电流回路是U_I（t）通过L和V返回，并在L上储存电能，电压极性是左端为正、右端为负，使VD截止；第二个电流回路是C_O对后级负载放电，维持输出电压U_O不变。在V导通期间（t_ON），电感电流i_L（t）从零开始线性地增加到峰值i_L（PK）。当V关断时，在L上产生反向电动势的极性是左端为负、右端为正，它与U_I（t）叠加后即可达到升压目的，使VD导通，如图10-7b所示。L上储存的电能通过VD之后，一路给负载供电，另一路对C_O进行充电。在V关断期间（t_OFF），L上的电流从i_L（PK）线性地减小到零。

令交流输入电压u（t）=U_Isinωt，T为开关周期，f为开关频率，D为占空比，由图10-7a可得到电感峰值电流波形的表达式为

由式（10-8）可以得到，电感峰值电流的最大值I_P为

由式（10-8）和式（10-9）可知，在一个开关周期内，只要功率开关管V的导通时间保持固定，电感峰值电流的波形就是I_Psinωt的包络线，从而使开关电源的输入电流与输入电压为同相位，达到提高功率因数之目的。(www.xing528.com)

有源PFC工作时的电流波形如图10-8所示。由图可见，电感电流i_L（ωt）呈三角波，且与PWM信号严格保持同步。每个三角波中包括L充电过程和放电过程，一般情况下L的充、放电时间并不相等。图中分别示出了电感电流峰值及平均值的包络线，此时整流桥电流的平均值已非常接近于正弦波。当交流输入电压u以正弦规律变化时，控制电路只需以PWM方式对V的通、断进行控制，即可使电感电流自动跟踪交流正弦波电压的变化，并与之保持同相位。只要开关频率足够高（几十千赫以上），交流输入电流就非常接近于正弦波。这就是PFC升压式变换器的基本原理。该电路可同时完成对输入功率因数进行校正和提升输出电压这两项功能。

图10-8 有源PFC工作时的电流波形

需要说明几点：

（1）输入电容器C_I是专用于滤除电磁干扰的，其容量很小，对整流桥的导通角不会造成影响；因VD有隔离作用，故整流桥的电流波形不受后级较大容量滤波电容器C_O的影响。

（2）临界导通模式有源PFC变换器的电路简单，功率因数补偿效果显著（功率因数可大于0.95），输出直流电压的纹波很小，后级不需要使用很大容量的滤波电容器。

（3）令电源效率为η，交流输入电压的最小值为u_min，开关频率为f，电源最大输出功率为P_OM。因，故PFC电感的计算公式如下（单位是H）：

举例说明，当u_min=140V、f=100kHz、P_OM=150W、η=90%时，代入式（10-10）中得到，L≈588μH，实取580μH。