单级隔离式功率因数校正（PFC）变换器（2）

4.单级隔离式变换器的结构与分类

单级隔离式PFC变换器的功率流图如图2所示，而传统的两级变换的隔离式PFC电路的功率流图如图3所示。

比较图2和图3，单级隔离式变换器通过控制开关的通断，电路同时满足了输入侧高功率因数和输出侧电压的稳定与快速调节。PFC单元与DC/DC变换单元的开关由同一个PWM控制信号控制，而两级变换器的控制电路相互独立。 单级隔离式PFC变换器大体分为串联式和并联式两种。下面具体介绍各种类型的典型变换器。

4.1串联式单级隔离式PFC变换器

图4是由BOOST型PFC电路与单开关反激变换器组合而成的最基本的单级隔离式PFC变换器拓扑。它与普通的DC/DC变换器相比，有电压应力较高，损失较多的缺点。因此，人们研制出应用各种软开关技术，减少开关损耗及开关应力的各类新型单级PFC变换器，效率高，而电路拓扑又十分简单。详述如下。

4.1.1带有源钳位和软开关的BOOST反激型单级隔离式PFC变换器电路拓扑如图5所示，S1为主开关，S2为有源钳位辅助开关，电路可看为BOOST单元与反激单元的串联组合。两个单元共用一个主开关S1。Cr代表开关S1和S2的总寄生电容，Lk代表变压器的漏感，Cr、Lk形成串联谐振电路，实现S1的软开关，Cc和S2构成有源钳位电路，限制开关上的谐振电压。

这种电路可再生变压器漏感中的能量，减小电压应力，并由辅助开关实现了零电压开关，而主开关和辅助开关用同一个控制/驱动电路。控制电路与没有有源钳位电路的控制电路相同，能够采用常用的PWM控制芯片来设计。目前带有源钳位和软开关的单级隔离式PFC变换器广泛应用于各种小功率场合。

4.1.2单级充电激励式PFC变换器。这种变换器没有用BOOST或其它变换器作为PFC单元，仅用两个电容来实现PFC。充电激励式PFC单元由谐振电感Lr，充电电容Ca及Cs,输出整流管Dx和钳位二极管Ds组成。如图6所示。

其工作原理为，开关S闭合，电容Cb上的能量传递给变压器的初级绕组，Dx由于加反压而截止，Lr、Ca和Cs形成串联谐振从电源吸收能量。这期间，开关不仅承受PFC级的电流，而且还承受DC/DC级的电流。当Vm达到母线电压Vb，Dx开始导通，Lr上贮存的能量传送给Cb，由于Vm被钳位到母线电压，所以谐振电容电压不变，也就没有电流流过谐振电容，这时开关仅承受来自DC/DC级的电流。开关断开，Ca及Cs放电，Ca全部放电时，Ds导通，Ca和Cs贮存的能量送给磁化电感，Df开始导通，磁场能量传送给负载，磁化电流降为零后，Df截止，反向电压Vcs加到Dx上，Df截止，然后又开始下一个开关周期。

开关S在Vm被钳位到母线电压时，来自PFC单元的电流为零，开关电流仅来自DC/DC单元，PFC单元不增加动作和开关损耗，因此，电流应力很小，与DC/DC变换器的基本相同。

4.2并联式单级PFC变换器

所谓单相两级并联PFC就是为同时能获得单位输入功率因数并调节输出电压，大约68％的平均输入功率(P1)可通过一个功率变换级送到输出端，仅有剩下的32％的功率(P2)需要处理两次。功率流图见图7。

新型的并联式单级PFC变换只有一个功率变换级，同时处理输入功率(P1)和余下的32％功率(P2)。功率流图见图8。

图9为一种并联式单级BOOST型PFC变换器，与串联式单级PFC变换器相比，它具有较高的变换效率，但是电路复杂。因此，近年来研究、应用较多的大多是电路简单的串联式单级PFC变换器。