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一種新穎的完全斷續箝位電流模式功率因數校正電路

時間：2023-02-20 23:17:32 電子通信論文我要投稿

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摘要：提供了一種新穎的寬輸入范圍、完全DCM、箝位電流工作模式的Boost功率因數校正電路控制方法。該控制方法不存在Boost電路中二極管的反向恢復，從而提高了整個電路的效率，同時，該方案獲得了低的總諧波畸變（THD）和較高的功率因數（PF）。該方案適合于中低功率場合的應用。給出了具體的理論分析和一個100W的電路實驗數據。

關鍵詞：電流箝位升壓；功率因數校正；完全斷續電流模式

引言

在以往的有源功率因數校正電路拓撲中，一個帶乘法器的控制芯片不可避免。為了降低成本，一種電流箝位（ClampedCurrentBoost,CCB）的控制方法可以簡化電路。在這種電路中，每半個周期中開關電流峰值被箝位至一個參考值。輸入電流的波形跟隨輸入電壓，?樣就可以得到理想的THD。由于它不需要乘法器來提供一個電流參考值，而可以利用任何一種峰值電流控制的芯片（如UC3843）來完成這個功能，從而大大降低了成本，簡化了電路。
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但是，以往提出的箝位電流模式電路，在低輸入電壓時工作在斷續電流DCM，在高輸入電壓時工作在連續電流模式CCM。而CCM的工作方式存在兩個缺點：一是電路中的續流二極管的反向恢復，這降低了電路的效率；二是電路中的電感值比較大，這給提高電路的功率密度帶來了困難。

本文提出了一種在通用的整個輸入電壓范圍內工作在DCM的CCBPFC電路。該電路消除了二極管的反向恢復問題，從而提高了電路的工作效率；同時，由于工作在電流斷續模式，電感量減小，這樣就可以減小電感的體積，提高功率密度。

本文給出了該電路拓撲的數學分析并且給出了一個100W的電路實驗結果。

1 理論分析

電路原理圖如圖1所示。在進行分析之前，假設以下條件成立：

——所有的元器件都是理想的；

——變換器工作在穩態時，開關頻率?大于交流母線的頻率，從而可以認為在一個開關周期內，輸入電壓是恒定的；

——輸入電壓是理想的正弦波vac=

Vmsin(ωLt)，其中ωL為交流母線的頻率；

——參考電壓在一段時間內是一個恒定值Vref；

——輸出電壓是恒定的。

為了便于分析，使得計算的結果與具體的電路參數無關，我們采用標幺值，即令

Vb=Vo；

Ib=Vo/Rt(Rt=2L/Ts，Ts為開關周期)；

則輸入的電壓峰值為：

Vm=Vm/Vb （1）

與傳統的CCBPFC電路不同，在整個母線電壓輸入周期內，該電路工作在電流斷續模式。在每半個周期內，有兩種電流斷續工作模式。如圖1所示，在開關周期開始階段，Boost電路中的開關管處于開通的狀態，電感中的電流iL從零開始增加。在采樣電壓（RiiL）達到參考電壓（Vref）和斜率補償電壓（VR）的和,或者達到最大占空比時，開關管關斷，電感電流線性減小（如圖2）。這兩種工作模式分別定義為DCM2和DCM1。

對一個周期內電感電流求平均值，可以得到兩種DCM工作模式下的電流歸一化后的表達式分別為：

式中：Kr為電流模式斜率補償深度系數。

DCM1和DCM2的邊界條件為：

式中：斜率補償Mc=IR/(DmaxTs)，IR為斜率補償電流。

因此，可以得出DCM1和DCM2兩種工作模式的邊界點為：

ωLt=arcsin[(Iref/Dmax-IRM)/2Vm]

式中：為斜率補償電流峰值。

由前所述，可以得到每半個周期的平均電流歸一化暫態值：

由上面的分析可以得到每半個工頻周期，在不同輸入電壓下，輸入電流的的波形如圖3所示。

Boost電感值必須保證在整個周期內，電路工作在DCM模式。

在最小輸入電壓下的電流峰值為：

式中：Po為輸出功率;

η為最低效率;Vin,rms,min為最低的輸入電壓幅值。

所以，電感值由式（7）決定。