無橋PFC單周期控制技術(shù)

呂小剛 劉崇義 楊旭東

摘 ? 要：PFC電路近年來更新?lián)Q代較快，發(fā)展到了無橋PFC，無橋PFC與有橋PFC電路相比，能提高整機(jī)效率。控制電路從平均電流控制技術(shù)發(fā)展到了單周期控制技術(shù)，應(yīng)用單周期控制技術(shù)芯片IR1150S研制了1kW的功率PFC產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明能達(dá)到較好的功率因數(shù)校正效果。

關(guān)鍵詞：無橋 ?單周期控制 ?功率因數(shù)校正（PFC）

中圖分類號(hào)：TM13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）05（a）-0109-02

1 ?前言

在電源的應(yīng)用領(lǐng)域中高效率、高密度電源的要求越來越高，有橋PFC 中，輸入電壓經(jīng)整流橋中兩個(gè)二極管導(dǎo)通壓降帶來損耗，升壓轉(zhuǎn)換器中功率開關(guān)管、續(xù)流二極管的導(dǎo)通均產(chǎn)生損耗，在任何時(shí)刻電路中總有三個(gè)開關(guān)器件處于工作狀態(tài)，隨著功率的增加，導(dǎo)通損耗越明顯，整機(jī)效率降低。文獻(xiàn)[1]提出了無橋PFC，輸入電壓不經(jīng)整流橋整流直接加在輸出端，任何時(shí)刻只有兩個(gè)開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)際表明去掉二極管整流橋后，整機(jī)明顯提升。單周期控制（OCC）方式工作在峰值電流導(dǎo)通模式，電路簡(jiǎn)單效率高。

2 ?無橋PFC電路原理

2.1 無橋升壓的實(shí)現(xiàn)

本文無橋PFC電路選用了2只電感、2只開關(guān)管和2只快恢復(fù)二極管。該電路的工作原理如圖1所示，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q1和Q2的信號(hào)相同，開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷，交流輸入電壓正半周期內(nèi)，當(dāng)Q1開通時(shí)，電流經(jīng)Q1流過二極管D1給電感L1、L2儲(chǔ)能;當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，電流經(jīng)二極管D3和二極管D1給電感L1、L2儲(chǔ)能，此時(shí)電感L1、L2和輸入電壓共同給負(fù)載供電。同理，負(fù)半周期時(shí)，電感電流反向，開關(guān)管Q2與二極管D4工作，不再重復(fù)敘述。

該無橋PFC二極管D1和D2為電流的回路提供了通道，Q1和Q2只作為高頻開關(guān)，由于使用了兩個(gè)電感，電流流向具有不確定性。若開關(guān)管選用MOSFET，MOSFET具有體二極管，體二極管和低頻二極管可能同時(shí)導(dǎo)通，增加了不穩(wěn)定因素，因此采用不帶體二極管的IGBT。

2.2 采樣電流的實(shí)現(xiàn)

有源PFC的采樣電流應(yīng)能準(zhǔn)確的反映電感中的電流，有橋PFC電路的電流采樣方法，是在整流橋的負(fù)端串接電阻檢測(cè)電感上的電流。因此本拓?fù)湟部梢栽诙O管D1、D2的后面增加電流檢測(cè)電阻，如圖1中的電阻RS。流過采樣電阻RS的電流能夠準(zhǔn)確的反映電感中的電流。

3 ?單周期控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

單周期控制（OOC）[2]方式是利用CCM模式下APFC的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工作特性簡(jiǎn)化控制方，是一種非線性控制技術(shù)，該控制方法的特點(diǎn)不管是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)令開關(guān)變量的平均值與控制參考量相等或成比例。

推導(dǎo)過程：假設(shè)流過電感的電流Ig與輸入電壓Vg相位一致且成比例，變換器就可以等效成一個(gè)電阻Re，則

經(jīng)理論分析Vm與Vo成比例，若占空比D使公式（4）成立，則可以保證流過電感電流Ig與輸入電壓Vg相同。其實(shí)現(xiàn)的電路圖如圖2所示，電壓誤差放大器輸出信號(hào)Vm分成兩路，一路與檢測(cè)電阻信號(hào)相減，一路經(jīng)復(fù)位積分器，進(jìn)比較器反饋給PWM，則公式（4）可成立，實(shí)現(xiàn)PFC功能。

4 ?單周期控制芯片IR1150S分析

單周期控制芯片IR1150S[3]電路簡(jiǎn)單僅需檢測(cè)母線電壓和檢測(cè)電感電流，對(duì)無橋結(jié)構(gòu)引腳數(shù)量少，只有8個(gè)引腳，外圍電路簡(jiǎn)單;驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)可以提供最大1.5A的門極快速驅(qū)動(dòng)，但高速脈沖也帶來了比較大的電磁干擾問題;由于該IC為單周期控制方式，輸入擾動(dòng)、功率變化均能在一個(gè)周期內(nèi)完成占空比調(diào)節(jié)，沒有瞬間變化過程，動(dòng)作響應(yīng)快;芯片ISNS腳采樣檢流電阻電流即可正，簡(jiǎn)化PFC電路電流采樣，減小采樣時(shí)的損耗。

5 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)品控制電路IC選用IR公司的專用功率因數(shù)校正芯片IR1150S，輸出功率1000W。經(jīng)測(cè)試輸入電壓220V時(shí)功率因數(shù)隨輸出功率變化而變化，輸出功率在不到100W時(shí)，功率因數(shù)已達(dá)到了0.97，滿功率1000W時(shí)接近于1，效率大約提高了1%，功率因數(shù)達(dá)到了較好的效果。

6 ?結(jié)語

本文基于IR1150S單周期控制無橋PFC電路，該電路損耗小，整機(jī)效率提高，并具有良好的EMC結(jié)構(gòu)。單周期控制技術(shù)無需檢測(cè)輸入電壓，僅需檢測(cè)采樣電流便能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，控制電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，在無橋PFC電路應(yīng)用上優(yōu)越性高。

參考文獻(xiàn)

[1] P.Kong，S.Wang，F(xiàn).C.Lee，Common mode EMI noise suppression in bridgeless boost PFC converter，APEC，2007：929-935.

[2] Smedley K M，Cuk S.One-cycle Control of Switching Converters[C].PESC.1991：888-896.

[3] IR1150 datasheet ?http：//www.dzsc.com/datasheet/IR1150+_1098231.html.