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(多图) 在电源设计中加入PFC

Sam Davis?? 2013年04月27日 ?? 收藏3

采用升压转换器的全桥扩展(然后作为PFC转换器进行控制)是一种引入隔离的方法(图7)。不过,这种方法需要在初级增加四个晶体管,在次级增加四个二极管整流器(晶体管和整流器均在100kHz的开关频率下工作),从而增加了复杂性。此外,四个增加的二极管位于以50/60Hz的线路频率工作的输入桥式整流器中。

在电源设计中加入PFC

除了低频正弦电流之外,线路电流还将在高开关频率下叠加输入电感纹波电流,这需要通过交流电源线上的一个额外的高频滤波器进行滤波。由于增加了12个在硬开关模式下工作的开关,因此造成了较高的传导和开关损耗。据报道,这种两级方法及辅助开关器件的最高效率为87%。

由于升压直流转换增益的影响,这种方法还会出现启动问题。它需要额外的电路对输出电容进行预充电,以便转换器能够启动。

要实现1kW或1kW以上的功率,设计工程师经常采用三级方法(图8)。在图8中,标准升压PFC转换器和隔离降压转换器位于输入的桥式整流器之后。这总共需要14个开关。其中至少六个开关为高压开关,这样就进一步降低了效率,增加了成本。尽管如此,在使用最好开关器件的情况下,最高效率能够达到90%左右,该频率仍比两级方法的效率要高。

在电源设计中加入PFC

如要实现中低功率,则有一个替代方法,该方法通过采用前向转换器作为隔离级来减少开关数量(图9)。在采用这个方法之前,必须注意这一点:虽然现在有10个开关,但与全桥式方案相比,正向转换器中的四个开关器件向初级和次级开关施加了更大的电压应力。此外,全桥式方案还需要四个磁性元器件。

在电源设计中加入PFC

Teslaco公司总裁Slobodan Cuk博士开辟了这个领域的新天地,他研发出一种直接由交流电源线供电的无桥PFC转换器(正在申请专利)。该转换器据称是首款真正的单级无桥AC-DC PFC转换器。

为了实现这一壮举,Cuk采用了一种新的开关功率转换方法,这种方法称为“混合开关”(hybrid-switching)。该方法采用仅包含三个开关的转换器拓扑:一个可控开关S和两个无源整流器开关(CR1和CR2)(图10)。输入交流电压为正极或负极时,两个整流器根据主开关(S)的状态作出相应的导通和关断操作。该拓扑由一个与输入串联的电感、浮动的能量传输电容(作为开关周期部件的谐振电容器)和一个谐振电感组成。

由于基于PWM方波开关的传统转换器采用电感和电容器,因此它们需要互补的成对开关。当一个开关导通时,其互补的开关就关断,反之亦然。因此,只允许采用偶数个开关,而新型混合开关PFC转换器可以采用奇数个(3个)开关。

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转换器? 功率因数校正? PFC? FET?

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