临界导通PFC电路设计与分析

作者：张一伦 张嘉 贾文超

来源：《科技资讯》 2013年第31期

张一伦 张嘉 贾文超

（长春工业大学电气与电子工程学院 吉林长春 130012）

摘 要：本文介绍了临界导通APFC的电路原理，以及电路参数如何计算，并针对实际情况进行了设计，利用matlab进行了仿真验证。

关键词：临界导通 boost升压电路 功率因数校正

中图分类号：TM46

文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2013)11(a)-0000-00

1 引言

如今电力电子装置已被人们广泛应用，由这些装置引起的谐波污染问题已经被人们越来越重视，为了使电力电子装置的输入谐波满足现有谐波标准要求，则必须在其输入端加入功率因数校正环节。由于无源功率因数校正技术对输入谐波电流的抑制效果差、功率因数低等缺点,如今人们已经广泛的采用有源功率因数校正技术来抑制谐波污染问题。如今有源功率因数校正已经成为抑制谐波的最有力的措施,从而有源功率因数校正技已经成为人们的最佳选择。

有源功率因数校正技术按电感电流分为三种类型，连续导电模式、断续导电模式和临界导电模式。其中，临界导电模式具有功率因数高、功率开关管零电流导通、功率二极管的损耗小、控制电路简单等优点。理论上来讲任何一种DC—DC变换器拓扑都可以作为PFC的主电路，但由于boost变换电路的特殊优点，应用更为广泛，它的主要有点有：有输入电感，可减少对输入滤波器的要求，并可防止电网对主电路高频瞬态冲击；输出电压大于输入电压峰值；容易驱动功率开关等。

2 电路原理

如图为电路原理图，这一电路实际上是二级管整流电路加上boost型斩波电路构成的，S开通时，电感l的电流增长，s关断时，电感l的电流下降。因此控制s的占空比就可就可以控制电感电流波形，这样输入的电流将呈正弦波的形状，且与输入电压相同，输入功率为1。

由于采用临界导通模式，只要电感电流一降为零，功率开关管便导通，开始下一个周期，当电流增加到电压外环提供的电流给定值，功率开关管便关断。如图2所示：

3 主电感的计算

由于在实际设计时，电感L的参数要会影响开关频率，而开关频率受芯片内部设计制约，如果先假设一个电感L的值，可由公式（3）看出开关导通时间并不受相位的限制，可以认为导通时间为固定值，只有关断时间才受相位的影响。由于 ，若想取得最大值需在分母取得最大值的同时分母取得最小值即当相位为 时， 取得最大值，即周期取得最大值，频率取得最小值。此时电感可以表示为：

在输出功率一定的情况下，电感L是输入电压与开关频率的函数，为了满足输入电压由170V~260V宽范围输入，下面我们需要求出输入电压取何值时开关频率最低，先假设一个电感值，可以画出频率随电压变化的函数图象如图，当电压取最大值时频率取得最小值。

4 主电容的设计

我们可以认为储能电容的电压为恒值，但实际上，功率因数校正会附加一个固有的低频纹波。如图所示电容电流 为二极管电流 与输出电流 之差即：

更大的电容虽然会限制纹波电压，向后级提供更稳定的母线电压，但过大的电容会降低装置的可靠性，同时增加装置的体积，所以在设计时通常采取折中的办法。

5 设计实例

设输出电压为400V,输出功率为54W,最低的开关频率为40KHZ，功率因数校正电路的效率为0.97，可根据公式计算出电感最大值为1.2mH。设纹波电压最大值为20V，输出电流为0.134A，根据公式计算出电容值为 。控制芯片可以选用ST公司的L6585DE或英飞凌公司的ICB2FL0XG系列镇流器智能控制芯片，其控制原理如下图所示：

对所得结果利用MATLAB进行仿真可以得出：

从仿真波形可以看出该电流很好的起到了功率因数校正的作用。