伪连续导电模式Boost功率因数校正器研究

摘要

功率因数校正(PowerFactorCorrection，PFC)技术可有效地减少网侧输入电流谐波含量并提高电源功率因数，是电网供电用电设备中不可或缺的重要组成部分。在各种PFC变换器电路拓扑中，Boost变换器因其拓扑结构简单、变换效率高、控制策略易实现等优点，被广泛应用于PFC电路中。
　　 工作于不连续导电模式(DiscontinuousConductionMode，DCM)和连续导电模式(ContinuousConductionMode，CCM)的BoostPFC变换器应用非常广泛，但二者均存在负载功率范围受限的缺点。伪连续导电模式(PseudoContinuousConductionMode，PCCM)是一种介于DCM与CCM之间的新型工作模式。相比于DCMBoost变换器，PCCMBoost变换器的输出电压、电感电流纹波小，且负载输出能力强。与CCMBoost变换器相比，PCCMBoost变换器控制到输出的传递函数不存在右半平面(RightHalfPlane，RHP)零点，进而具有理想的动态性能。因此，PCCM是一种具备优良工作特性的新型工作模式。
　　 本文提出工作于PCCM模式的BoostPFC变换器，在深入分析PCCMBoostPFC变换器的前提下，根据其特有的两个控制自由度，建立了电压环与电流环并行的控制环路。针对宽负载范围内具有高功率因数的控制目标，充分利用PCCM模式平均电感电流大于平均输入电流的特点，提出以负载电流为基准量实时调整参考电感电流谷值的控制策略。在此基础上，详细设计了电感电流谷值跟踪的数字控制算法和电压PI调节器参数。
　　 对PCCMBoostPFC变换器与传统DCM和CCM模式BoostPFC变换器进行了仿真验证。结果表明，负载功率较大时，DCMBoostPFC变换器的电感电流峰值远大于PCCM和CCM模式，大幅增加了开关管和EMI滤波器成本；PCCM和CCMBoostPFC变换器的电感电流峰值和纹波较小，具有应用于大功率场合的优良工作性能。在负载功率较小时，PCCMBoostPFC变换器实时降低参考电感电流谷值，使变换器稳定地工作在PCCM模式，保证变换器输入电流具有较高的正弦度；而此时CCMBoostPFC变换器的输入电流在输入电压过零点附近发生畸变，严重降低了变换器的功率因数。因此，在综合考虑功率因数、开关管电流应力、EMI等关键性能指标的前提下，宽负载范围下的PCCMBoostPFC变换器表现出了更加优越的工作特性。
　　 最后，本文设计了一台输出功率范围为70W～400W的实验样机，进一步对PCCMBoostPFC变换器和CCMBoostPFC变换器的工作性能进行了对比和验证。