乘法器型PFC技术的基本原理是Boost变换器工作在连续导电模式,其电感电流就是输入电流,电感电流被采样并控制,使其幅值和与输入电压同相位的正弦参考信号成正比,从而达到功率因数校正的目的。乘法器型PFC电路还可以根据输出电压反馈信号,利用一个乘法器电路来控制正弦参考电流信号,从而获得可调整的输出电压。其控制方式可分为三种:常频控制、常误差带控制、和变误差带控制。
这里重点介绍后文电路中将用到的基本电压跟随器型PFC电路。
基本电压跟随器型PFC电路工作在不连续导电模式,其开关由输出电压误差信号控制,开关周期为常数。由于峰值电感电流基本上正比于输入电压,由于峰值电感电流基本上正比于输入电压,因此输入电流波形自然与输入电压波形相同。
与乘法器型PFC电路相比,电压跟随器型PFC电路控制方式更为简单,仅需要一个输出电压控制开关。因此多数现有的开关电源PWM控制用集成电路均可以作为电压跟随器型PFC电路的控制器。另外,变换器工作在不连续导电模式下,避免了Boost 变换器中因输出二极管反向恢复电流带来的问题。
电压跟随器型PFC技术的一个缺点是其输入电流波形为脉动三角形,因此,它需添加一个小容量滤波电容(或者是LC滤波器)以滤除高频纹波。另一个缺点是其较高的开关峰值电流会带来较大的开关关断损失。
APFC电路也可以这样进行分类:一是两级APFC电路;二是单级APFC电路。两级APFC电路通常由一个专门负责功率因数校正的前置级和一个DC/DC级变换器构成,而这一前置级基本都是Boost电路。单级APFC电路一开始在对两级方法简化的基础上另辟蹊径进行专门研究。
3.1.3 APFC的基本结构形式
有源功率因数校正电路往往工作于高频开关状态,它们体积较小,重量较轻,其功率比无源功率因数校正电路的效率高。以下为功率因数校正电路的三种不同结构形式。
其特点如表所示:
图3.1 功率因数校正电路的三中拓扑结构
表3.1 三种拓扑结构的PFC电路的特点
结构形式 Boost Buck Buck-Boost
功率因数 高 低 高
滤波电路体积 小 大 大
开关电压
门极驱动信号 接地 浮地 浮地
3.1.4 APFC电路的控制方法
目前APFC的控制策略有单环控制和双环控制两种。单环控制又分为平均电流模式、峰值电流模式、滞后电流模式和电压模式等几种。双环控制将电流与电压控制融为一体。双环控制采用Boost电路作为开关变换器输入侧电流反馈控制内环,电流检测信号经电流反馈网络送入乘法器,最后从乘法器输出信号送入PWM比较器,从而控制开关管的占空比。内环控制大大提高了系统的瞬态响应能力;外环控制使系统具有高度的静态电压稳定性,而且展宽了AC/DC变换器输入电压的调节范围。
目前最常用的PFC控制技术有三种,即平均电流型控制Boost PFC、CCM/DCM边界控制Boost PFC以及电流钳位控制Boost PFC。