有源功率因数校正电路的研究(2)

从上述分析可以看出，在此电路中，所有的开关管及二极管都是在零电压或零电流条件下完成通断的。另外，电路可以以PWM方式来调节输出电压。主开关管电流应力低。其缺点是：主开关管电压应力大，且与负载有关。

4.3 零电流转换ZCT-PFC主电路

Boost型ZCT- PFC主电路如图9所示，这种电路的工作过程如下：

图9 Boost型ZCT -PFC主电路原理图

在每次主开关管S1关断之前，首先应导通辅助开关管S2，使谐振网络谐振，当流过S1的电流谐振为零后，关断主开关管S1。此后，迅速关断辅助开关管S2，使谐振电路停止工作。电路以常规的PWM方式运行。由于串联谐振电感Lr的存在，S1实现零开通。

ZCT变换电路实现了主开关管的零电流关断且保持恒频运行；电流应力小；在较宽的输入电压和负载电流变化范围内可满足ZCT条件，二极管零电流关断。这 些特点对于IGBT、MCT等存在电流“拖尾”现象的新型电力半导体器件尤为适用。其缺点是辅助开关管不在软开关条件下运行。但和主开关管相比，它只处理 少量的谐振能量。

4.4 零电压转换ZVT-PFC主电路

Boost型ZVT- PFC主电路如图10所示，这种电路的工作过程如下，在每次主开关管S1导通之前，首先应导通辅助开关管S2，使谐振网络谐振，当S1两端电压谐振为零 后，在零电压下开通S1。S1导通后，迅速关断辅助开关管S2，使谐振电路停止工作。之后电路以常规的PWM方式运行。由于并联谐振电容Cr的存在，主开 关管可以实现零关断。

有源功率因数校正主电路拓扑结构综述

图10 Boost型 ZVT- PFC主电路原理图

ZVT变换电路实现了主开关管的零电压导通且保持恒频运行；电流与电压应力小；在较宽的输入电压和负载电流变化范围内可满足ZVS条件二极管零电流关断。其缺点是辅助开关管不在软开关条件下运行。但和主开关管相比，它只处理少量的谐振能量。

4.5. 有源钳位ZVS -PFC主电路

有源钳位ZVS变换技术已应用于正激和反激变换器等多种电路中，如图11、图12所示，图中Lr为变压器绕组的漏电感，Lm为变压器激磁电感，Cr为开 关管S1和S2结电容值之和。有源钳位电路通常由钳位开关S2和钳位电容CC串联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端，利用Cr和Lr谐振，创造主开 关ZVS的条件，并在S1关断期间由Cr将其两端电压钳位在一定数值上，避免承受过高电压。

图11 有源钳位 ZVS正激变换器 图12 有源钳位 ZVS反激

变换器

有源钳位ZVS变换器为S1和S2提供了在零电压开关环境；降低了功率开关管上过高的电压应力；另外，对正激变换器来说，有源钳位可使变压器磁芯磁通自 动复位，无需另加复位措施；使磁芯工作于磁化曲线的第一及第三象限，提高了磁芯利用率。其缺点是增加了一个钳位开关，从而使控制电路复杂化。

5 三相有源校正主电路的分析

三相有源校正电路可以分为单开关控制的有源校正电路和三开关控制的有源校正电路，下面，对这两种电路的工作原理分别加以分析。

有源功率因数校正主电路拓扑结构综述

5.1 单开关控制的三相功率因数校正电路

单开关控制的三相功率因数校正电路原理图如图13所示：

图13 单开关控制的三相功率因数校正电路原理图

这种电路由一个三相线性滤波器、三相二极管整流桥、一个Boost开关和三个电感组成。开关管的占空比只根据负载的变化而变化，变换器工作于电流不连续 模式，在开关管导通时，三相交流输入通过三个电感、六个整流管和开关管而短路，因此，输入电流以和各自的相电压瞬时值成正比的速率增加，由于电流脉冲在开 始时为零，这样它们的平均值按正弦规律变化。达到功率因数校正的目的。

由于变换器工作在不连续模式，因此，控制电路比较简单。但是，和连续模式相比，因为开关管必须在最大电流条件下关断，因此增加了开关管的应力。

5.2 三开关控制的三相功率因数校正电路

三开关控制的三相功率因数校正电路如图14所示，电路由三个快速晶闸管SCR和三个带反并联二极管的开关管组成三相整流桥，电路工作于电感电流不连续模式，实现了开关管的零电流开关（ZVS）。SCR在开关管导通或输出短路时限制电流的上升率。

三个输入电感La、Lb、Lc和三个开关管T1、T2、T3及与其反并联的二极管T1D、T2D、T3D实现了功率因数校正，并且控制输出直流电压。

图14 三开关控制的三相功率因数校正电路原理图

在正常工作时，三个SCR相当于三个二极管，无损吸收电路使得开关管可以在零电压条件下导通。三个开关管T1、T2、T3同时导通和关断，当电流Ib达 到电感电流的峰值后，三个开关管关断，当电感电流Ib为零以后，三个开关管导通。电流|Ib|、| Ia|和| Ic|跟踪电压|Vb|、| Va|和| Vc|的波形，从而达

有源功率因数校正主电路拓扑结构综述

到功率因数校正的目的。

6 结语

本文详细分析了单相硬开关、单相软开关有源校正主电路以及三相有源校正主电路等各种用于功率因数校正的主电路拓扑，并指出了各自的优缺点。软开关功率因数校正电路由于其实现了开关管的零电流、零电压开关，因此极大的减小了开关损耗，提高了电路的工作效率。

参考文献

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