图 １ 单级 Ｐ Ｃ电路结构图 Ｆ
ＰＣ Ｆ级
ＡＣＩ ＤＣ
离式 Ｐ Ｃ变换器电路 Ｆ
电路拓扑如图 ５ 所示 ，， Ｓ 为主开关 ， 为有源钳 岛 位辅助开关， 电路可看为 Ｂ ｏｔ ｏｓ单元与反激单元的串 联组合。两个单元共用一个主开关 Ｓｏ 代表开关 ， ， Ｃ Ｓ 和 Ｓ 的总寄生电容；ｋ ， ： Ｌ 代表变压器的漏感 ，： Ｃ和 Ｌ 形成串联谐振电路， ｋ 实现 Ｓ 的软开关 ；。 Ｓ 构 ， Ｃ和 ｚ
图３ ｏｓ型 Ｐ Ｃ电路与单开关反激变换 是由Ｂ ｏｔ Ｆ 器组合而成的最基本的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器拓补。 Ｆ
与普通的 Ｄ ／ Ｃ变换器相 比， ＣＤ 有电压应力大 ， 损耗较 多的缺点。因此， 人们研制出应用各种软开关技术， 减
ＶＶ下丁ｋ｝Ｄ Ｌｒ，ｃ ｛Ｌ 一 Ｔ Ｄ牛牛ｃ ａ ｓ ． Ｒ Ｚ Ｄ Ｖ ０ Ｌ Ｃ ，
单级功率因数校正 电路的发展
摘要： 传统的开关电源均存在功率因数低的问题， 改善开关电源的功率因数始终是学术界的热点。文章阐述了单级 功率因数校正电路的发展历史， 了两级 Ｐ Ｃ与单级 Ｐ Ｃ电路的结构， 比较 Ｆ Ｆ 列举 了几种常用的单级功率因数校正电路 ， 并 对单级隔离式 Ｐ Ｃ变 Ｆ 换器的控制方案做了简单探讨。 关键词 ： 功率因数校正江 庄〔变换； 兀 反激 中图分类号： Ｐ １ Ｔ ２７ 文献标识码 ： Ａ
力较大， 不是零电压下关断。
Ｃ ，
一长卜
一 ｝ｉ一Ｉ 生 ｉ ｃＤ Ｉ
黔．卫 Ｊｊ Ｖ井Ｃ４Ｌ ， ｊ Ｄ ｏ ＿ ｋ ＿ Ｒ
ＶＤａ
图 ４ 带有再生钳位的 ｂ ｏｔ ｏｓ 反激型单级 Ｐ Ｃ变换 器 Ｆ
（） 有源 ２带 钳位和 关的Ｂｏ 反激塾 软开 ｏｔ ｓ 单级隔
以 达到０９－１ 单级 Ｐ Ｃ变换技术将朝电路简单 ．９ 。 Ｆ
化， 集成化发展， 必将得到进一步地深人研究， 并在小 功率开关电源领域得到广泛的应用。 １１ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器的结构 ． Ｆ 单级隔离式 Ｆ Ｐ Ｃ变换器的结构如图 １ 所示， 而传 统的两级变换的隔离式 Ｐ Ｃ电路的结构如图 ２ Ｆ 所示。
作， 造成元件过热， 烧毁等。国外在 ２ 世纪 ９ 年代开 ０ ０ 始了改善开关电源功率因数的工作， 主要是功率因数 校正电路和诸多的控制 Ｉ 。功率因数校正电路（Ｆ Ｃ ＰＣ
Ｃｒｕ ｓ主要分为无源 Ｐ Ｃ和有源 Ｐ Ｃ两 Ｐ Ｃ ｏ ｇ Ｐ Ｃ 和单级 Ｆ Ｆ （ ｗ Ｓａｅ ） Ｔ ｔ Ｆ Ｐ Ｃ Ｓ ｇ Ｓ ｇ Ｐ Ｃ 两种。两级 Ｐ Ｃ主要由Ｐ Ｃ Ｆ （ｉ ｌ ｔ ｅ ） ｎ ｅ ａ Ｆ Ｆ Ｆ
图 ５ 带有源钳位和软开关的 Ｂ ｏｔ ｏｓ反激型单级 Ｐ Ｃ Ｆ
少开关损耗以及开关应力的各类新型单级 Ｐ Ｃ变换 Ｆ
器， 其效率高且电路拓扑也十分简单。
（） ３单级充电激励型 Ｐ Ｃ变换器 Ｆ 一 『 一 － ｉ Ｍ一Ｉ 几＿ ｉ ， Ｕ ｏ 这种变换器没有用 Ｂ ｏｔ ｏｓ或其他变换器作为 Ｐ Ｃ Ｆ 困 Ｄ Ｖ Ｃ Ｒ ． ０宁 ｏ Ｌ ３ 甲 单元， 仅用两个电容来实现 Ｐ Ｃ Ｆ 。充电激励式 Ｐ Ｃ单 Ｆ 元由谐振电感 Ｌ 、 ， 充电电容 Ｃ 和 Ｃ 、 。 ， 输出整流管 Ｖ ｘ Ｄ 和钳位二极管 Ｖ ｓ Ｄ 组成 ， 如图 ６ 所示。 简单工作原理如下： Ｓ 开关 闭合， Ｃ 上的能量 电容 ｂ 图 ３ 基本 Ｂ ｏ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器 ｏｓ ｔ Ｆ 传递给变压器的初级绕组，Ｄ 由于加反压而截止， Ｖｘ 几、 （） １带有再生钳位 的 Ｂ ｏｔ ｏｓ 反激型单级隔离式 Ｃ 和 Ｃ 形成串联谐振， ａ Ｓ 从电源上吸收能量。这期间， 开 Ｐ Ｃ变换器 Ｆ 关不仅承受 Ｐ Ｃ级的电流， Ｆ 而且还承受 Ｄ 江Ｘ 级的电 Ｃ 与最基本的单级隔离式 Ｐ Ｃ Ｆ 变换器相比， 只增加 流。当Ｕ 达到电容 Ｃ 上的电压 Ｕ ， Ｖ ｘ ｍ ｂ ｃ 时 Ｄ 开始导 了再生钳位电容 Ｃ 和二极管 Ｖ 两个元件来构成钳 。 玖 通， Ｌ上储存的能量传递给 瓜。开关断开，ｙ Ｃ 放 Ｃ及 Ｓ 位电路 ， 如图 ４ 所示 ，。 Ｃ 用来钳位开关上电压 ， Ｄ 用 Ｖ ｄ 电，ａ Ｃ 全部放电时， Ｄ 导通，ｙ Ｃ 储存的能量送给 Ｖｓ Ｃ和 Ｓ Ｖ「 磁场能量传送给负载， 磁化电 来阻止 Ｌ ， Ｃ Ｌ和 Ｃ 在开关 Ｓ关断时的谐振。 磁化电感，Ｄ 开始导通， ｋ Ｌ， － 。 ｄ 流降为零后，Ｄ 截止， Ｖ‘ 反向电压 Ｕ 、 ｃ加到 Ｖ ｘ Ｖ ｆ Ｄ 上，Ｄ 钳位电路虽然简单 ， 但它可有效地减小开关应力（ 钳位
致命的弱点： 功率因数低， 一般为０４－０７， ．５ ．５而且其
无功分量基本上为高次谐波 ， 其中三次谐波幅度约为
基波幅度的 ９ ０， ５０五次谐波约为基波幅度的 ７％， ０ 七 次谐波约为基波幅度的４ ０， ５ ｏ九次谐波约为基波幅度 的２０。高次谐波会对系统 自 ５０ 身以及同一系统的其
他电子设备产生恶劣的影响， 如引起 电子设备 的误操
在Ｕ 十 Ｕ 上）通过 Ｃ 与漏感 Ｌ 的谐振再生储存 。 ｎｏ ， 。 ｋ 在变压器漏感中的能量， 免去了损耗能量的缓冲电路。 变换器的功率因数可高于０９， ．９而普通的单级 Ｐ Ｃ变 Ｆ 换器在相同条件中仅为０９左右。Ｔ Ｄ比加缓冲电 ．８ Ｈ 路时降低 ９ ％左右。但这种变换器的开关在关断时应
Ａ ｓ ａ ： ｈ ｌ ｏ ｅｆ ｔ ａ ｅ ｂ ｍ ｘ ｔｉａ ｓｅｅ ｔ ｎｉ ｎｌ ｃｉ － ｄ ｐｗ ｒ ｐ ｔ Ｔ ｅ ｐｗ ｒ ｏ ｖｌ ｐｏｌ ｉｅｉｓ ｌｏｔ ｙ ｄ ｉ ａｓ ｉｈ ｇ ｏｅ ｅｓｐｌ， ｂｔ ｃ ｒｔ ｏ ｗ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｎ ｃ ｕ ｓ ｍ ｖｒ ｒ ｔ ａ ｏ ｗｔ ｎ ｍ ｏ ｕ ｙ ｈ ｅ ｐｗ ｒ ｏ ｉｐｏｅ ｅｔ ｗｔ ｉ － ｏｅ ｅ ｓｐｌ ｉａ ａｓ ｔ ｈｔ ｏ ｏ ａ ｄｍａ Ｔ ｅ ｅ ｅｐｕｄ ｔ ｏ ｅ ｆ ｔ ｍ ｒｖｍ ｎ ｏ ｓ ｉｈ ｇ ｄ ｐｗ ｒ ｐ ｓ ｙ ｂ ｈ ｏ ｐｔ ｃ ｅ ｉ ｈ ｐｐｒ ｏｎｓ ａ ｒ ｃ ｆ ｃ ｎ ｍ ｏ ｕ ｙ ｌ ｗ ｅ ｅ ｓ ｆ ａ ． ａ ｘ ｈ ｅ ｄｖｌ ｅｔ ｏｙ ｓ ｇ ｓ ｇ Ｐ Ｃ ｃｍ ａ ｓ ｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｕｔ ｅ ｈ ｇ ｓ ｇ Ｐ Ｃ ｄ ｍ ｒ ｅ ｓ － ｅｅ ｍ ｎ ｈ ｔ ｏ ｉ ｌ ｔ ｅ ， ｐｒ ｔｅ － ａ Ｐ Ｃ ｃ ｒ ｗｔ ｓ ｌ ｔ ｅ ａ ｅｕ ｅ ｔ ｅ ｏ ｉ ｒ ｆ ｅ ｓ ｎ ａ Ｆ ｏ ｅ ｈ ｗ ｓ ｇ Ｆ ｔ ｕ ｉ ｉ ｅ ｒ ｎ ａ Ｆ ｎ ｎ ａ ｓ ｖ ｅ ｌ ｌｓ ｇ Ｐ Ｃ ｃｉｉｃｍ ｏ ｕｅ Ｉｍ ｋｓ ｒｆ ｕｓ ｎ ｔｅ ｔ ｌ ｏ ｓ ｇ ｓ ｇ ｉ ｕ ｔ Ｐ Ｃ ｒ ｓ ｇ ｔ ｅ ｃ ｕ ｎ ｍ ｎ ． ａｅ ａ ｅ ｄ ｃｓｏ ｏ ｈ ｃｎ ｏ ｐ ｎ ｉ ｌ ｔ ｅ ｌｅ Ｆ ａ ｉ ｅ ｎ ａ Ｆ ｉ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｂｉ ｉ ｉ ｎ ｏ ｒ ｌ ｆ ｅ ｎ ａ ｄ ｓ ａ ｎ ａ ｓ
元器件 ， 节约成本， 提高效率和简化控制等。与传统的 两级电路 比较， 省略了一个 ＭＯ Ｆ Ｔ但增加了一个 ＳＥ 二极管， 另外其控制是一般的 Ｐ ＷＭ 方式， 故相当简 单。为保证高输人功率因数， 输人电感的电流应该采 用 Ｄ Ｍ 方式。１９ ， ｉ ａｄ ｄ 等人提出了一 Ｃ ９４年 Ｒｃ ｒ Ｒ ｌ ｈ ｅ 系列新型单级隔离式功率因数校正变换器， 具有快速 调节输出电压、 只需一个或共同控制的两个开关 、 一个 Ｐ ＷＭ 控制电路和 自动整定线 电流的优点。在 Ｒｃ－ ｉ ｈ ａｄ ｄ之后， ｎＲ ｌ ｅ 许多研究者在此基础上研究出了各种 更完善的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器， Ｆ 在降低储能电容电 压、 减少谐波失真和快速调节输出响应等方面有很大 的改善。功率因数的高低、 谐波 电流 的高低与电感 Ｌｎ ｉ 的大小以及拓扑结构等密切相关， 这就是近几年 来研究单级 Ｐ Ｃ结构的真正出发点。 Ｆ
成 钳位电 限 关 谐振电 有源 路， 制开 上的 压。
这种电路可再生变压器漏感中的能量， 减少电压 应力， 与前面提到的再生钳位电路类似， 但它又增加了 一个辅助开关， 实现了零电压开关， 而主开关和辅助开 关用同一个控制／ 驱动电路。控制电路与没有有源钳 位电路的控制电路相同， 能够采用常用的 Ｐ ＷＭ 控制 芯片来设计。目前带有源钳位和软开关的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器广泛应用于各种小功率场合。 Ｆ
２８
通 愧 电冻 ？ ，术
２０ 年 ５ ２ 第 ２ 卷第 ３ ０６ 月 ５日 ３ 期
孙绮敏 等： 单级功率因数校正电路的发展
Ｔ ｌ ｏ Ｐ ｗ ｒ ｃｎｌ ｉ ｅ ｃｍ ｅ Ｔ ｈｏ ｇ ｓ ｅ ｏ ｅ ｏｅ
Ｍａ ２ ， ０ ６ Ｖｏ． Ｎ ． ｙ ２ ０ ， ｌ ２ ｏ ３ ５ ３
近年来， 出现了高功率因数校正集成控制电路芯 片， Ｕ ３５ ， ３５ ， １８８ 功率因数可 如 Ｃ ８４Ｕ Ｃ ８８Ｔ Ａ ６８ 等， Ｃ Ｄ
缓电 冲路曰 ＤＤ欣 ＣＣ ／
图 ２ 两级 Ｐ℃电路结构图 Ｐ
比较图 １ 和图 ２单级隔离式变换器通过控制开 ， 关的通断， 电路同时满足了输人侧高功率因数和输出 侧电压的稳定与快速调节。Ｐ Ｃ单元与 Ｄ ／ Ｃ变换 Ｆ ＣＤ 单元的开关由同一个 Ｐ ＷＭ 控制信号控制， 而双级变
换器的控制电路相互独立。 １２ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器的分类 ． Ｆ 单级隔离式 Ｆ Ｐ Ｃ变换器大体上分为串联式和并 联式两种 。 １２１ 串联式单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器 ．． Ｆ
ｃ ｏｎｖｅ ｔ ． ｒ ｏｒ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｐ Ｃ Ｄ ／ Ｃ ｎｅｔｂｃｗ ｒ ｅ ｗ ｄ ： ； Ｄ ｃ ｖｒ； ｏｄ ｏ Ｆ Ｃ ｏ ａｋ
０ 引言
开关电源有体积小、 效率高、 功率密度大等优点， 在电源领域占主导地位。但传统的开关电源存在一个
置级 Ｂｏｔ ｏｓ 电路和后随 Ｆｙａｋ 反激） ｌ ｃ（ ｂ 变换器或者 Ｆｒ ａ （ ｏｗ ｒ 正激） ｄ 变换器的 ＭＯ Ｆ Ｔ共用， ＳＥ 提出所谓的 单级 Ｐ Ｃ变换器。 Ｆ 研究单级 Ｐ Ｃ技术的目的是减少 Ｆ