PFC电路基本结构和工作原理 - 单级PFC与两级PFC有什么区别

　　大家知道：PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的，由于电感L上的电流不能突变，就对大的滤波电容C的浪涌电流起了限制作用。

　　并联保护分流二极管D2．由于没有电感的限制作用，对滤波电容的冲击反而会更大，但它可以保护升压二圾管，特别是PFC开关管。D1是快速恢复二极管（由于开关管是在电感电流不为零的时候关断的，需要承受更大的应力，要求二极管有极低甚至为零的反向恢复电流），承受浪涌电流的能力较弱。减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的，而D2所采用的是普通的整流二极管，承受浪涌电流的能力很强，如1N5407的额定电流3A．浪涌电流可达200A。

　　该保护二极管D2表面上降低的是对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击，但实际上还有一个重要的作用：保护PFC开关管。

　　在开机的瞬间，滤波电容的电压尚未建立，由于要对大电容充电．通过PFC电感的电流相对比较大。如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值时，对电容充电的过程中PFC电感L有可能会出现磁饱和的情况，此时PFC电路工作就麻烦了，在磁饱和的情况下，流过PFC开关管的电流就会失去限制，烧坏开关管。为防止悲剧发生，一种方法是对PFC电路工作的工作时序加以控制，即当对大电容的充电完成以后，再启动PFC电路：另一种比较简单的办法就是在PFC线圈到升压二极管上并联一只二极管旁路。启动的瞬间，给大电容的充电提供另一个支路，防止大电流流过PFC线圈造成饱和，过流损坏开关管，保护开关管，同时该保护二极管D2也分流了升压二极管D1上的电流，保护了升压二极管。另外，D2的加入使得对大电容充电过程加快．其上的电压及时建立，也能使PFC电路的电压反馈环路及时工作，减小开机时PFC开关管的导通时间．使PFC电路尽快正常工作。‘所以，综上所述，以上电路中二极管D2的作用是在开机瞬间或负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下给电容提供充电路径，防止PFC电感磁饱和对PFCMOS管造成的危险，同时也减轻了PFC电感和升压二极管的负担，起到保护作用。在开机正常工作以后，由于D2右面为B+PFC输出电压，电压比左面高，D2呈反偏截止状态，对电路的工作没有影响，D2可选用可承受较大浪涌电流的普通大电流的整流二极管。在有些电源中，PFC后面的电容容量不大，也有的没有接入保护二极管D2，但如果PFC后面是使用大容量的滤波电容，此二极管是不能减少的，对电路的安全性有着重要的意义。

　　单级PFC与两级PFC区别

　　1.两级型的PFC电路

　　两级PFC 电路由一个功率因数调节器（PFC） 和DCIDC 变换器串联而成，如图2-4所示。前者主要负责正弦化输入电流，使电压电流同相位，后者主要负责调整输出电压，通过DCDC 变化得到可以利用的电压。

　　这种类型拓扑的优点有： 可以在得到高输入功率因数与低输入电流谐波的同时，得到较好的输出电压特性，例如较小的输出电压纹波，较快的输出电压调整率等： 可以在实现输入、输出绝缘的同时实现较长的掉电维持时间; 电路中的能量存储电容的电压可控。但是电路较为复杂，由于能量要被处理和传递两次，因此整机效率较低，需要两套控制电路，成本较高。它的应用场合主要有： 后级电路对PFC 电路的输出特性要求较高时，或整个产品对输入电流质量要求较高的场合“”。一般研究中，只对前一级进行研究，使电路的功率因数尽可能接近1，减少谐波对电网的污染，后一级只是对前一级的输出电压做一变化，得到人们日常生活中所要用的电压。

　　在本文中，主要研究两级功率因数校正电路的功率因数校正级，使功率因数达到要求的同时，稳定输出电压，以便后面DCDC变化。

　　2.单级型的PFC电路

　　同两级PFC 电路相比，单级型的PFC 电路将PFC级和DC/DC级组合在一起，只有一个开关和一套控制电路，同时实现对输入电流的整形和对输出电压的快速调节530。如图2-5 所示，控制电路的作用是实现对输出电压的调节，得到稳定的直流输出电压，要求电路必须具有固有的PFC 功能，即在不对PFC进行控制的情况下，输入电流能够完全或部分跟随输入电压的正弦变化。众所周知，在固定占空比时，工作在DCM 模式的BOOST，BUCK-BOOST，SEPIC，CUK，ZETA 等变换器具有固有的PFC 功能。为了简化电路，大部分单级PFC变换器都是采用BOOST或BUCK-BOOST变换器，工作在DCM模式，实现输入电流整形（Input-Current-Shaping ICS）。

　　大多数单级PFC拓扑可以直接从两级PFC拓扑经过简单的组合得倒，在所有PFC变换器中，瞬时输入功率在一个交流周期都是脉动的。在单级功率因数校正电路中，能量只被处理与传递一次，只用到一个开关管，输入电流的正弦化与输出电压调整在一个电路中完成。这种类型拓扑的优点有： 电路结构比较简单，成本低。但该电路存在一个致命的缺点，在高输入电压和轻载时，由于输入能量和输出能量瞬间不平衡而导致储能电容CP电压应力过高，因此为了满足输出保持时间的要求，需要大容量和高耐压的电解电容［21。主要应用于输出功率较小的场合，或者后级对PFC 电路的输出特性要求不高的场合。