一种交错图腾PFC过零点控制策略

李祥生

本文分别分析了单路和双路交错图腾无桥PFC在过零点处电流尖峰的产生过程，找到了交错图腾PFC过零点电流尖峰增加的原因，并进行了实验验证。根据分析结果提出了一种能够减小交错图腾PFC两个电感电流畸变的控制方法，实验结果表明该方法能够将电流畸变控制在与单路图腾PFC相同的水平。

【关键词】图腾 PFC 交错 电流 畸变

1 引言

现有的图腾PFC控制要求交流输入的极性判断必须准确，否则电流在过零点就会畸变。TDK公司为减小过零点的电流尖峰，在其专利中提出一种过零点软启动方式，在电压过零后的最初一段时间内逐渐放开占空比，以限制反向恢复电流尖峰。文献[1]在过零点之后的最初几个控制周期将占空比限制为最小值。对于电流连续模式的单路PFC，在电压过零以后工频二极管或者同步整流管的体二极管的反向恢复电流并不大，对过零点后的控制方式要求不高。若是工作于交错并联状态，则必须选择合适的过零控制方法，否则就会在过零点产生很大的电流尖峰。

2 图腾PFC过零点换流分析

本文以图 1为例对单路和双路交错图腾PFC过零点时的换流过程进行分析（图中交流输入电压的极性由正半周切换到负半周），以解决交错并联图腾PFC的过零点问题。

图 1（a）二极管D2在正半周处于导通状态，当输入电压进入负半周以后，在最初的几个开关周期内S1开通则会在D2中产生反向恢复电流，电流流向如图中IL所示。如何控制这几个开关周期的占空比是图腾PFC极性切换的关键。

图 1（b）是两路交错图腾PFC反向恢复电流通路的示意图。二极管D2在正半周处于导通状态，当输入电压进入负半周以后，主路的上管S1首先开通，电感L1中会流过反向恢复电流IL1。在D2的反向恢复过程中，N点电位会逐渐上升，由于从路下管S4仍处于开通状态，电感L1中就会产生电流IL2。电流IL1和IL2方向相反，它们之差才是流经D2的反向恢复电流。由上述分析可知：交错图腾PFC的两个PFC电感在过零点处会产生较大的电流尖峰，而且电流尖峰值大于反向恢复电流峰值。

3 单路图腾PFC过零点换流实验

实验条件：100Vac输入，250W输出，母线电压300V，开关频率45kHz。图 2是单路图腾PFC种典型的过零点切换过程。

可以看出工频整流二极管的正向电流接近0，在3个控制周期内就能完成反向恢复，切换过程结束。切换过程电感中产生的电流尖峰都不超过5A。

4 交错图腾PFC过零点换流实验

实验条件：100Vac输入，250W输出，母线电压300V，开关频率45kHz。图 3是交錯图腾过零点处电流尖峰实验波形，最大的电流尖峰达到10A，切换时间也较单路图腾PFC增加一倍，此电流尖峰会使未完全浸漆的PFC电感产生低频啸叫。

虽然每路电感电流在过零点处有很大尖峰，但是PFC总电流尖峰并不大，仅为整流二极管的反向恢复电流，与图 2中单路图腾PFC相当。

5 过零点电流尖峰减小措施

本文提出一种针对交错并联图腾PFC的过零点控制方法：单路工作过零。这样可以消除不必要的位移电流，就能减小IL1和IL2的过零点尖峰。即在过零点以后的几个控制周期内关闭其中一路PFC，只让另一路PFC工作即可将电流尖峰控制在与单路图腾PFC相同的水平。

在45kHz开关频率下，单路工作过零的实验结果见图 5。可见，两路交错图腾PFC在单路工作过零时的电流尖峰大大减小，其大小和波形与图 2单路图腾PFC基本一致。

6 结论

两路交错图腾PFC相对于单路图腾PFC而言，在过零点处从路电感中会因为工频整流桥臂中点N的电位变化而产生位移电流，所以会使两个电感电流尖峰反向增加，而总的PFC电流尖峰并未增加，与单路图腾PFC相当。在过零点以后最初的几个控制周期内，关闭从路PFC可以同时消除主路和从路电感中的电流尖峰，总PFC电流尖峰仍与单路图腾PFC相当。

参考文献

[1]苏斌.单相高效率AC/DC变换器的研究[D].杭州：浙江大学，2011.

作者单位

深圳职业技术学院机电学院 广东省深圳市 518055