数字PFC电路设计研究仿真(3)
2.3有源功率因数校正原理框图
有源功率因数校正采用全控开关器件构成的开关电路。可以使总谐波含量降低到5%以下，功率因数高达0.99以上，并且能使输入电压范围扩增。但是相比于无源功率因数校正来说，其电路和控制较复杂，成本较高，且开关器件的高速动作会造成开关损耗较大，效率降低。它适用于大功率的应用场合。
2.2.2 拓扑结构
APFC的基本电路由两大部分组成：主功率电路和控制电路。对于主功率电路来说，任何一种DC-DC拓扑，如buck、boost、buck-boost、flyback甚至于sepic、cuk都可以用作APFC的主电路。图2.4,图2.5和图2.6给出了三种常用的主电路拓扑：
图2.4 单相boost变换器
图2.5 单相buck-boost变换器
图2.6 单相cuk变换器
Boost变换器构成的PFC电路具有以下特点：
1、输入端有一个大电感，输入电流可以连续，可以减少对输入滤波器
的要求，并可防止电网对主电路高频瞬态冲击；
2、电感电流即为输入电流，容易调节；
3、输出电压大于输入电压，对市电电压为110V的国家和地区特别适合；
4、开关器件所承受的电压即为输出电压；
5、开关管门极驱动信号与输出共地，驱动简单。
Buck-Boost变换器构成的PFC电路有以下特点：
1、电感L在中间，所以输入和输出电流的脉动都很大，故通常还需在输入与输出侧加滤波器，使电路变得复杂；
2、开关器件所承受的电压为输入电压与输出电压之和，因此其承受的电压要高于Boost变换器；
3、输出电压与输入电压的极性相反；
4、输出电压既可低于也可高于输入电压，使得输出电压应用范围更广。
Cuk变换器构成的PFC电路具有以下特点：
1、输入与输出侧都有电感，所以其输入与输出电流脉动都很小，但电路较Boost变换器要复杂；
2、输出电压既可低于也可高于输入电压，使得输出电压应用范围更广；
3、开关器件所承受的电压为输入电压与输出电压之和，因此其承受的电压要高于Boost变换器；
4、输出电压与输入电压的极性相反。
而对于Flyback型PFC，虽然易于实现输入、输出间的隔离，但由于隔离变压器磁芯单向磁化，使得其磁通复位控制困难，变压器利用率低，适用于150W以下的应用场合。
经过比较可知：Boost型PFC变换器有许多优点，它输入电流连续，储能电感也兼做滤波器抑制RFI和EMI噪声，功率因数高，总谐波失真小，输出电压高，在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数。电感L能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性。正是由于上述的优点，本文采用的正是Boost结构。
2.2.3 工作模式和主要控制方法
根据电路输入电流，APFC电路的工作模式可分成三种：连续模式(ccm)、
临界连续(crm) 和断续模式(dcm)[ ]。
（一）断续模式
断续模式(dcm)控制的方法又称为电压跟踪法，是APFC控制中一简单又实用的方法。它的一个基本特点是电感能量的完全传输，即在每一个开关周期中，转换电感都必须把从电源中获得的能量完全转移到输出电容中去。DCM模式下的输入电流自动跟随电压，但是由于变换器工作在不连续导电模式下，需要较大的输入滤波器。开关不仅要导通较大的通态电流，而且将关断更大的峰值电流并引起很大的关断损耗，使开关的寿命降低，同时还会产生严重电磁干扰，所以这种模式的PFC一般功率小于200W。
断续工作模式下的功率因数校正可以采用恒频、变频、等面积等多种控制