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4.2单级有源功率因数校正

单级PFC技术的基本思想，是将有源PFC转换器和DC/DC转换器合二为一。两个转换器共用一套开关管和控制电路(电路如图3所示)，因此单级PFC技术降低了成本，提高了效率，减小了电路的重量和体积。

单级PFC电路具有许多优点：PFC级和DC/DC级共用1个开关管，共用1套控制电路，这就使得电路设计大为简捷，降低了硬件成本;变换中能提供任何选定的电压和电流比;由于功率实现的是一次性变换，所以能获得较高的效率和可靠性。单级PFC电路正因为具有这些优良的性能而越来越得到广泛的研究和应用。

但是，与传统的两级式DC/DC转换器相比，单级PFC转换器要承受更高的电压应力，有更多的功率损耗。这个问题在开关频率较高时显得尤为突出。而且，由于开关工作频率不断提高所带来的电磁干扰问题也日益严重，显著影响了转换器工作的可靠性和频率的提高。单级方案中还存在储能电容电压过高的情况，而且储能电容电压随着输入电压及负载的变化而升高，这将会导致电路的稳态特性受到一定的影响，同时某些元器件的体积成本会有所提高，这都是期待解决的问题。通过比较可知，在输出功率相同的情况下，单级功率因数校正电路在功率因数校正能力和电源的转换效率等方面，相对于两级功率因数校正电路而言，相对要差一些。近些年，专家学者先后提出了许多零电压及零电流软开关技术，特别是将软开关技术与单级隔离型PFC技术结合在一起的方法，另外，怎样降低储能电容上的电压也是现在单级功率因数校正研究的热点。

5 有源功率因数校正的控制方式

根据电感电流是否连续，APFC有下面几种工作模式：不连续导通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)和连续导通模式CCM(Continuous Conduction Mode)。一般认为，采用电流连续导通方式，可利于实现输入EMI滤波电路小型化，并可使电流应力减小，实现高效率[6]- [7]。

DCM控制又称电压跟踪方法(Voltage Follower)，它是PFC中简单而实用的一种控制方式。这类转换器工作在不连续导电模式，开关管由输出电压误差信号控制，开关周期为常数。由于峰值电感电流基本上正比于输入电压，因此，输入电流波形跟随输入电压波形变化。

DCM控制方式的优点是：(1)电路简单，不需要乘法器;(2)功率管实现零电流开通(ZCS)且不承受二极管的反向恢复电流;(3)输入电流自动跟踪电压且保持较小的电流畸变率。

但是DCM方式存在着以下两个主要问题：(1)由于电感电流不连续，造成电流纹波较大，对滤波电路要求高;(2)开关管电流应力高，在同等容量情况下，DCM中开关器件通过的峰值电流是CCM的两倍，由此导致通态损耗增加，因此只适用于小功率的场合。

中大功率电路通常采用CCM工作方式，而CCM根据是否直接选取瞬态电感电流作为反馈量，又可分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制检测整流器的输入电流作为反馈和被控量，具有系统动态响应快、限流容易、电流控制精度高等优点。直接电流控制有峰值电流控制(PCMC)，滞环电流控制(HCC)，平均电流控制(ACMC )，预测瞬态电流控制(PICC)，线性峰值电流控制(LPCM)，非线性载波控制(NLC)等方式。CCM控制方式的优点为：(1)输入和输出电流纹波小，THD和EMI小;(2)器件导通损耗小;(3)适用于大功率场合。

APFC的控制电路方式很多，为使控制部分简单化、小型化，己有IC厂家生产出各种不同性能和用途的专用集成电路，一般控制方式有两类：利用乘法器控制法及电压跟随器方法。乘法器控制法包括：电流峰值控制、电流滞环控制以及平均电流控制，电压跟随器方法包括：零电流连续控制模式和电流断续控制模式。

6 功率因数校正技术的发展方向

开关电源的模拟控制技术发展了很多年，各方面都比较成熟，但却无法克服其固有的缺点;控制电路复杂，元器件比较多，不利于小型化的发展;控制电路一旦成型，很难修改，调试不方便;控制不灵活，复杂的控制方法用模拟的方法很难实现。

与传统的模拟控制器相比，数字控制器具有更高的可靠性。数字控制器使用非常少的模拟元器件，可以增加系统的平均无故障工作时间(MTBF)，还可以通过增加监视、保护和预警等功能提高系统的工作可靠性。

数字控制器较传统的模拟控制器，在设计上具有更高的灵活性。传统的模拟控制器是通过调节和改变具体元件的参数值来实现不同的控制规律。这样不可避免地会造成许多资源上的浪费，而且设计周期比较长。而数字控制器只需通过软件编程就可以修改控制规律，还可以及时通过仿真验证，使得对设计工作变得相当灵活。当电源具体的性能要求改变时，为了修改控制规律，对于模拟控制器来说，需要重新设计电路、刻板或布线;而对于数字控制器，则可通过编程来增加、删除和修改任何控制参数，从而极大地缩短了设计周期。

数字控制器易于实现与其它数字设备之间的接口，从而具有较好的兼容性。在诸多产品中，便 携数字设备(如PDA、无线电话、笔记本电脑、数码相机等)对开关电源的要求日益提高，如多级输出、节约功耗、运行模式、电磁兼容等问题。

鉴于数字控制器的上述卓越优点，数字控制器在电力电子应用领域中大有取代模拟控制器的趋势。用于开关电源的数字控制器已经在电力电子领域中引起了越来越多的关注。

参考文献

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华. 开关电源实用技术-设计与应用(第二版)[M].人民邮电出版社.2007.

[2] 张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计(修订版)[M].电子工业出版社. 2005.

[3] 曲学基，王增福，曲敬铠. 新编高频开关稳压电源[M].电子工业出版社.2005.

[4] 路秋生. 功率因数校正技术与应用[M]. 机械工业出版社.2006.

[5] 岳云涛，李英姿，韩永萍. 一种新型高功率因数软开关电源[J].电力自动化设备. 2008，28(5)：87-90.

[6] 王学芝，王永初. 新型功率因数校正电路的开关电源设计方案[J].华侨大学学报.2007，28(1):15-18.

[7] 倪志红.开关电源功率因数校正技术的研究[D]:[硕士学位论文].南京理工大学.2003.

作者简介

姚志树(1978-)，男，江苏盐城市人，硕士，讲师，研究方向为电力电子技术、电源技术。

关键词： 开关电源 PFC 功率因数校正