一种新颖的完全断续箝位电流模式功率因数校正电路

一种新颖的完全断续箝位电流模式功率因数校正电路 一种新颖的完全断续箝位电流模式功率因数校正电路 摘要: 提供了一种新颖的宽输入范围、完全DCM、箝位电流工作模式的Boost功率因数校正电路控制方法。该控制方法不存在Boost电路中二极管的反向恢复，从而提高了整个电路的效率，同时，该获得了低的总谐波畸变(THD)和较高的功率因数(PF)。该方案适合于中低功率场合的应用。给出了具体的理论分析和一个100W的电路实验数据。 关键词: 电流箝位升压;功率因数校正;完全断续电流模式引言在以往的有源功率因数校正电路拓扑中，一个带乘法器的控制芯片不可避免。为了降低成本，一种电流箝位(ClampedCurrentBoost,CCB)的控制方法可以简化电路。在这种电路中，每半个周期中开关电流峰值被箝位至一个参考值。输入电流的波形跟随输入电压，?样就可以得到理想的THD。由于它不需要乘法器来提供一个电流参考值，而可以利用任何一种峰值电流控制的芯片(如UC3843)来完成这个功能，从而大大降低了成本，简化了电路。 但是，以往提出的箝位电流模式电路，在低输入电压时工作在断续电流DCM，在高输入电压时工作在连续电流模式CCM。而CCM的工作方式存在两个缺点: 一是电路中的续流二极管的反向恢复，这降低了电路的效率; 二是电路中的电感值比较大，这给提高电路的功率密度带来了困难。本文提出了一种在通用的整个输入电压范围内工作在DCM的CCBPFC电路。该电路消除了二极管的反向恢复问题，从而提高了电路的工作效率;同时，由于工作在电流断续模式，电感量减小，这样就可以减小电感的体积，提高功率密度。本文给出了该电路拓扑的数学分析并且给出了一个100W的电路实验结果。1 理论分析电路原理图如图1所示。在进行分析之前，假设以下条件成立——所有的元器件都是理想的;——变换器工作在稳态时，开关频率?大于交流母线的频率，从而可以认为在一个开关周期内，输入电压是恒定的;——输入电压是理想的正弦波vac=Vmsin(ωLt)，其中ωL为交流母线的频率;——参考电压在一段时间内是一个恒定值Vref;——输出电压是恒定的。为了便于分析，使得计算的结果与具体的电路参数无关，我们采用标幺值，即令Vb=Vo;Ib=Vo/Rt(Rt=2L/Ts，Ts为开关周期);则输入的电压峰值为Vm=Vm/Vb (1)与传统的CCBPFC电路不同，在整个母线电压输入周期内，该电路工作在电流断续模式。在每半个周期内，有两种电流断续工作模式。如图1所示，在开关周期开始阶段，Boost电路中的开关管处于开通的状态，电感中的电流iL从零开始增加。在采样电压(RiiL)达到参考电压(Vref)和斜率补偿电压(VR)的和,或者达到最大占空比时，开关管关断，电感电流线性减小(如图2)。这两种工作模式分别定义为DCM2和DCM1。对一个周期内电感电流求平均值，可以得到两种DCM工作模式下的电流归一化后的表达式分别为: 式中: Kr为电流模式斜率补偿深度系数。DCM1和DCM2的边界条件为: 式中: 斜率补偿Mc=IR/(DmaxTs)，IR为斜率补偿电流。因此，可以得出DCM1和DCM2两种工作模式的边界点为ωLt=arcsin[(Iref/Dmax-IRM)/2Vm]式中: 为斜率补偿电流峰值。由前所述，可以得到每半个周期的平均电流归一化暂态值: 由上面的分析可以得到每半个工频周期，在不同输入电压下，输入电流的的波形如图3所示。Boost电感值必须保证在整个周期内，电路工作在DCM模式。在最小输入电压下的电流峰值为 。