前言

傳統(tǒng)AC/DC變換器輸入采用整流二極管，當流過整流二極管的電流較大時，其損耗迅速增加，需要較大的散熱器，同時變換器的轉換效率較低。為了提高PFC的效率，將整流二極管用MOS管代替，MOS管具有導通電阻小、壓降小的優(yōu)點，散熱更容易處理。針對二極管損耗大、傳統(tǒng)PFC不具備電氣隔離的特點，已有學者提出了一種隔離型無橋PFC變換器。

目錄

1 概述

2 隔離型無橋PFC變換器

3 實驗驗證

4 參考文獻

1 概述

電力電子、非線性負載給電網帶來了大量的諧波污染，國際電工委員會和美國電氣和電子工程師協(xié)會對電力電子裝置制定了諧波抑制標準，比如ACDC變換器功率大于75W時，都應增加PFC，傳統(tǒng)PFC輸入側為整流二極管，其壓降大，當功率比較大時，整流二極管的損耗較大，給熱處理帶來了挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，已有學者提出了無橋PFC變換器，其中包括電感斷續(xù)模式無橋PFC，電感斷續(xù)模式無橋Spice和Cuk變換器、無橋反激PFC等一系列的變換器。下面講述的是一種單級隔離型無橋PFC變換器，包括工作原理、實驗驗證部分內容。

2 隔離型無橋PFC變換器

文章中所提出的變換器如圖1所示。

圖2給出了變換器在電網電壓工頻周期內，輸出電壓Uo與n|uC1|大小關系的兩種情況，其中uC1為電容C1兩端的電壓。在這兩種情形下，變換器具有不同的工作模態(tài)。如圖2a所示，Uo始終大于n|uC1|，稱為升壓模式；如圖2b所示，在（T1，T2）期間Uo＜n|uC1|，其余時間段Uo＞n|uC1|，此時稱為升降壓模式。

升壓工作模式：對于交流輸入正半周期，二極管Do2截止，在一個穩(wěn)態(tài)開關周期內，變換器存在3個工作模態(tài)，工作波形如圖3所示，工作過程如圖4所示。

模態(tài)1：如圖4a，t0時刻，開關管S導通，輸入電壓uin為L1充電，電感電流iL1線性上升；uC1為變壓器勵磁電感Lm充電，勵磁電感電流iLm線性上升，變壓器儲存能量；二極管Do1和Do2均截止，Do1承受的電壓為Uo+nuC1，Do2承受的電壓為Uo-nuC1，電容Co向負載供電，以維持輸出電壓恒定。

模態(tài)2：如圖4b，t1時刻，S關斷，二極管Do1導通續(xù)流，儲存在變壓器中的能量通過二極管Do1傳遞給電容Co和負載R。Do2關斷，其承受的電壓為2Uo，開關管S承受的電壓為uC1+Uo/n。

模態(tài)3：如圖4c，S保持關斷，Do1和Do2關斷，且承受的電壓均為輸出電壓Uo，此時uin、L1、C1和Lm形成低頻振蕩回路，由于開關頻率遠大于低頻振蕩頻率，此時iL1和iLm大小相等且保持恒定為i0，Co向負載放電。

升降壓模式的分析方法與升壓模式相同，其工作波形如圖5所示，電路具體工作過程可以參考原文。

3 實驗驗證

文中首先基于PSIM軟件對兩種工作模式進行了仿真驗證，圖6給出了升壓模式仿真波形。

由圖6a可知，當變換器工作于升壓模式時，輸入電流均能較好的跟隨輸入電壓，所以功率因數(shù)較高。

圖6b為升壓模式下變換器在交流輸入電壓正半周期若干個開關周期內的仿真結果，其中Up為驅動脈沖。由圖6b可知，變換器工作于DCM情形，且結果與圖3的理論分析相符，驗證了分析的正確性。

為了進一步驗證理論分析的正確性，最后搭建了變換器實驗樣機，并進行了相對應的波形測試。圖7給出了交流110V輸入、80W輸出時的實驗結果，波形自上而下分別為輸出電壓紋波Uo_rip、輸出電壓Uo、交流輸入電壓uin和交流輸入電流iin。

變換器正半周期若干個開關周期內的實驗結果如圖8所示。

從圖8看出，該文章所提出的單級隔離型無橋PFC變換器不存在諧振電壓、電流尖峰，故可以減小開關器件應力。圖8所示實驗結果驗證了圖6的仿真結果，證明了理論分析的正確性。

實驗結果表明，不同電壓輸入或不同負載情況下，功率因數(shù)均保持在0.99以上，最大轉換效率為90%，最小轉換效率為86%。

當變壓器變比為1，變換器工作于升降壓模式時，由于存在直流偏置，導致輸入電流不為標準的正弦波，但電流能較好地跟蹤電壓。

該文所提出的變換器具有PFC和電氣隔離的優(yōu)點，電路具有器件少、結構簡單的優(yōu)點。在小功率應用中具有較好的參考價值。

4 參考文獻

[1] 一種單級無橋隔離型PFC變換器

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