开关电源有源功率因数校正电路的设计与仿真研究

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

图2-4 峰值法控制时电感电流波形图

峰值电流控制法来实现Boost型PFC电路时的最主要问题是：被控制量是电感电流的峰值，因此并不能保证电感电流即输入电流平均值和输入电压完全成正比，并且在一定条件下会有相当大的误差，以至无法满足THD很小的要求；峰值电流对噪声也很敏感；占空比大于0.5时产生次谐波振动；需要在比较器输入端加谐波补偿。因此在PFC电路中，这种控制方法已经逐渐趋于淘汰。

L Vo VD S R 负Vi ~ C 载 斜波逻辑 补偿 控制 电感电 上限 流检测 上、下限 电感电流 比较测量下限 输入电 误差压检测 乘法器 基准 放大

图2-5 滞环电流控制原理图

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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 图2-5是滞环电流控制方法实现Boost型PFC电路的原理图和在半个工频周期内，功率开关管S的控制波形和电感电流波形的示意图。和峰值电流控制法不同的是，被控制量是电感电流的变化范围。输入电压信号和输出电压的反馈信号相乘，形成两个大小不同的与输入电压同频同相的电流控制参考信号，即：上限基准电流环信号和下限基准电流环信号。电感电流的检测信号需要和两个基准电流环信号相比较来产生对功率开关管的控制信号，其控制步骤为：当功率管S导通，电感L充电时，电感电流的检测信号和上限基准电流环信号相比较，当电感电流上升到上限基准信号值时，触发逻辑控制部分使功率管S关断，电感开始放电；当电感电流下降到下限基准信号值时，触发逻辑控制部分使功率管S导通，电感L重新充电。

这种控制模式下，功率管的导通时间是恒定的，而关断时间是变化的，因此

imax为上限电流基准，功率管的开关周期是变化的。图2-6中实线为电感电流iL，imin为下限电流基准。电流滞环的宽带度决定了电流纹波的大小，它可以是固定值，也可以与瞬时平均电流成比例。

图2-6 滞环电流控制时电感电流波形图

滞环电流控制法对Boost型PFC电路而言是一种较为简单的控制方式，由于控制中没有外加的调制信号，电流的反馈和调制集于一身，因而可以获得很宽的电流频带宽度，电流动态响应快，具有内在的电流限制能力等优点。它的主要缺点是：负载对开关频率影响很大，因此设计滤波器时，要按最低开关频率考虑不可能得到体积和重量最小的设计；滞环宽度对开关频率和系统性能影响很大，需要合理选取；当输入电源电压近零时，两个基准信号的差值很小，由于比较器精度及延迟等因素，容易引起过零点电流死区问题，这一般需要对电路加以补偿来解决。

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东北石油大学本科生毕业设计（论文） （3）平均电流控制

平均电流控制模式PFC电路原理图2-7所示，平均电流控制在功率因数校正中应用最为广泛，其输入电感电流波形如图2-8所示。它把输入整流电压和输出电压误差放大信号的乘积作为基准电流，并且电流环调节输入电流平均值，使其与输入整流电压同相位，并接近正弦波形。输入电流被直接检测，与基准电流比较后，其高频分量的变化，通过电流误差放大器被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后，给开关管驱动信号，并决定了其应有的占空比，于是电流误差被迅速而精确地校正。 L

Vi ~ VD Vo S R C 负载

信号比较器 R Q S 振荡器

- + Vref 乘法器 CA + - 图2-7 平均电流控制原理图

图2-8 平均电流法控制时的电感电流波形

平均电流控制的特点是被控制量是输入电流的平均值，因此THD和EMI都很

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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 小；对噪声不敏感；电感电流的峰值与平均值之间误差很小；原则上可以检测任意拓扑、任意支路的电流；可以工作在CCM或DCM模式；并且开关频率是固定的，适用于大功率的场合，是目前PFC中应用最多的一种控制方式。

表2-1为这三种控制方法的基本特点，通过对比三种控制方式的优缺点来选择合适的控制方式。

表2-1 三种常用PFC控制方法

控制方法 电流峰值 电流滞环 平均电流 检测电流 开关电流 电感电流 电感电流 开关频率 恒定 变频 恒定 工作模式 CCM CCM 任意 对噪声 敏感 敏感 不敏感 使用拓扑 Boost Boost 任意 注 需斜率补偿 需逻辑补偿 需电流误放大 2.6 本章小结

本章首先分析了有源功率因数校正技术的基本原理，然后在比较 APFC 电路几种不同拓扑结构和工作模式特点，同时对有源功率因数校正技术的控制策略作了详尽的介绍。

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