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无桥PFC单周期控制技术作者：吕小刚刘崇义杨旭东来源：《科技创新导报》2020年第13期摘要：PFC电路近年来更新换代较快，发展到了无桥PFC，无桥PFC与有桥PFC电路相比，能提高整機效率。
控制电路从平均电流控制技术发展到了单周期控制技术，应用单周期控制技术芯片IR1150S研制了1kW的功率PFC产品，实验结果证明能达到较好的功率因数校正效果。
关键词：无桥单周期控制功率因数校正（PFC）中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0109-021 前言在电源的应用领域中高效率、高密度电源的要求越来越高，有桥PFC 中，输入电压经整流桥中两个二极管导通压降带来损耗，升压转换器中功率开关管、续流二极管的导通均产生损耗，在任何时刻电路中总有三个开关器件处于工作状态，随着功率的增加，导通损耗越明显，整机效率降低。
文献[1]提出了无桥PFC，输入电压不经整流桥整流直接加在输出端，任何时刻只有两个开关器件处于导通状态，实际表明去掉二极管整流桥后，整机明显提升。
单周期控制（OCC）方式工作在峰值电流导通模式，电路简单效率高。
2 无桥PFC电路原理2.1 无桥升压的实现本文无桥PFC电路选用了2只电感、2只开关管和2只快恢复二极管。
该电路的工作原理如图1所示，驱动开关管Q1和Q2的信号相同，开关管同时导通或同时关断，交流输入电压正半周期内，当Q1开通时，电流经Q1流过二极管D1给电感L1、L2储能;当Q1关断时，电流经二极管D3和二极管D1给电感L1、L2储能，此时电感L1、L2和输入电压共同给负载供电。
同理，负半周期时，电感电流反向，开关管Q2与二极管D4工作，不再重复叙述。
该无桥PFC二极管D1和D2为电流的回路提供了通道，Q1和Q2只作为高频开关，由于使用了两个电感，电流流向具有不确定性。
若开关管选用MOSFET，MOSFET具有体二极管，体二极管和低频二极管可能同时导通，增加了不稳定因素，因此采用不带体二极管的IGBT。
详解单级PFC反激电路近段时间一直忙着弄毕业论文，上论坛比较少了，前两天论文提交送审，打算发一个帖子，详细介绍一下单级PFC反激式电路结构。
单级PFC的反激式结构相信做LED电源的都不会很陌生，但估计大多数工程师做的工作限于按照IC厂商的datasheet设计产品，其中详细的原理很少有人细究。
考虑到工程应用中，复杂的公式实用价值不高，本贴将着重于定性地分析电路的工作原理，同时配合手头上能够提供的仿真和实例分析。
本帖首先介绍常用单级PFC反激式结构的几种工作模式，重点介绍一下适合用于做大功率（100W左右）的电路结构，也就是本帖实例介绍的FOT控制模式。
首先提出几个问题，希望大家能够一起探讨。
1、为什么市面上大多数单级PFC的LED驱动器都选用临界或者断续工作模式？2、为什么单级PFC的PF值随输入电压升高下降？3、为什么单级PFC的输出纹波如此之大？为了回答上面的几个问题，首先有必要讲一下单级PFC的基本原理。
临界模式的单级PFC最早应该是由L6562这颗PFC控制芯片改进得来的，先给出一个框图描述L6562用于单级PFC的基本结构和外围电路，定性分析工作原理。
先撇开PFC部分的功能，这个框图和普通的定频峰值电流控制模式反激式电路的区别在于没有固定的时钟信号，开关管开启，初级电感电流上升到Rs上压降达到乘法器输出电压时，RS触发器翻转，开关管关断。
对于定频PWM控制IC，开关管的导通受固定频率时钟信号控制，而L6562则会一直等到磁芯完成退磁，ZCD检测到辅助绕组电压回落到Vref-2时才重新开启开关管，因此电路被强制工作在临界模式下。
再来看PFC功能。
乘法器的输入分别来自误差放大器的输出和整流后馒头状正弦半波的分压，因此乘法器输出也是馒头状正弦半波，那么最终初级电感电流峰值也就跟随馒头状正弦半波，下面这个图可以说明问题。
这个图中可以得到很多信息，首先是，跟随线电压半波的是初级电感峰值电流，而输入平均电流和初级电感峰值电流的关系为Iin-avg=Ipk*D/2，由于D是一个随线电压瞬时值升高而降低的变量，因此输入电感的平均电流较标准正弦半波而言要更加扁，功率因素不可能达到理想的1。
功率因数校正论文：单周期控制软件开关Boost变换器PFC技术的研究【中文摘要】开关电源是为用电设备提供直流电源的一种电力电子装置,获得越来越广泛的应用。
但由此产生的网侧输入功率因数降低和谐波污染等问题也日趋严重,功率因数校正(Power Factor Correction, 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,正成为电力电子研究的热点之一。
在各种用于PFC变换器的电路拓扑中,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。
Boost PFC变换器根本都是工作于不连续导电模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)和连续导电模式(Continuous Conduction Mode, CCM)。
目前,大多采用平均电流控制来到达功率因数校正的,但平均电流控制中需要检测输入电压、电感电流、输出电压,并且使用乘法器来实现,使得系统控制复杂,投资增加。
单周期控制技术和软开关技术都是近些年来被提出的用于PFC的新型技术,单周期控制(One Cycle Control, OCC)作为一种新型的控制方式在功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)电路中得到广泛地应用。
单周期控制是一种新兴的非线性控制技术,与传统线性控制相比,它考虑到了开关非线性的影响,更适合对开关变换器的控制,能使系统有更快的动态响应、更强的鲁棒性和更好的输入波动抑制特性,并且单周控制PFC技术不需要乘法器,无需采样输入电压,简化了控制电路的设计。
而软开关技术的应用对于降低开关损耗,进而提高开关频率,无疑起到极为重要的作用。
本文采用的基于单周期控制的软开关Boost PFC变换器,在深入分析了单周期控制原理的根底上,将无源无损软开关技术应用于Boost PFC变换器中。
本文第二章详细介绍了无源无损软开关的工作过程,第三章主要分析了用单周期控制的Boost结构有源功率因数校正电路,推导出单相Boost结构APFC的单周期控制方程,并用根本的电路实现这种控制,和其他的APFC控制电路相比,电路结构大大简化。
开关电源PFC控制芯片电路和应用分析
罗佳明;戴庆元
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2007(030)004
【摘要】中小功率单相有源功率因数补偿控制芯片中,UC3854最具代表性.主要分析了功率因数校正原理和常用的因数校正芯片UC3854内部结构电路,利用它设计出了一种高功率因数、高效率、低谐波、低噪声的600 W单相整流PFC开关电源,分析了电路结构,给出了仿真及实验测试结果.实验结果表明功率因数达0.99、效率达到93.9%、输入电压总谐波含量下降到2.5%.
【总页数】4页(P1204-1207)
【作者】罗佳明;戴庆元
【作者单位】上海交通大学,微纳米科学技术研究院,上海,200030;上海交通大学,微纳米科学技术研究院,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TN761;TM461
【相关文献】
1.基于三相双开关PFC电路的高功率因数软开关电源 [J], 师洪涛;王金梅;赵秀芬
2.应用于开关电源控制芯片的欠压锁存电路的设计 [J], 江厚礼;庄华龙;孙伟锋
3.一种Boost型PFC电路控制芯片的设计 [J], 潘飞蹊;敬守勇
4.交错型PFC升压控制开关电源电路设计 [J], 赵先堃
5.开关电源PFC控制芯片电路和应用分析 [J], 罗佳明;戴庆元
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论文题目：基于单周期控制的三相VIENNA PFC电路设计专业：电力电子与电力传动硕士生：雷云(签名)指导教师：刘树林(签名)摘要随着电力电子设备的广泛使用，其在电网中产生的大量谐波严重影响了供电质量、增加了电网损耗，严重情况下会造成设备异常甚至损坏。
利用功率因数校正(PFC)技术可以有效降低谐波含量，减少谐波对电网的污染。
近年来，针对三相大功率应用场合的三相PFC技术成为业界的研究热点之一。
本文首先对三相PFC技术进行了简要的介绍，总结了目前各种常用的三相有源功率因数校正电路的拓扑与控制方法。
在此基础上对单周期控制的三相VIENNA结构PFC 电路进行研究，分析了单周期控制的基本原理并介绍了三相三开关三电平(VIENNA)拓扑。
对该拓扑解耦后的串联双Boost电路进行数学建模并对其工作过程进行分析，得出该控制方式下电路的核心控制方程。
并以单周期控制芯片ICE2PCS01为核心，提出了控制电路的详细设计方法。
根据以上分析，给出了单周期控制的三相VIENNA结构PFC 电路的整体设计方案，其中包括主电路中的输入电感、开关管、功率二极管、输出滤波电容等元器件参数设计及选型，控制电路中的区间选择电路、输入多路开关电路、输出逻辑电路设计。
最后，本文研制了一台2kW单周期控制的三相VIENNA结构PFC电路样机。
实验结果表明，该电路可以很好地实现功率因数校正目的，并具有良好的性能。
理论分析与样机实验均验证了该电路设计的可行性。
关键词：功率因数校正；VIENNA整流器；单周期控制；三相PFC研究类型：应用研究Subject :Design on PFC Circuit of Three Phase VIENNA Structure Based on One-cycle ControlSpecialty :Power electronic&Power drivesName : Lei Yun (Signature)Instructor: Liu Shulin (Signature)ABSTRACTWith the wide use of power electronic equipment, the plenty of harmonics generated in the power grid seriously affect the quality of power supply, increase the network loss, seriously, can cause equipment abnormal and even damaged. Take advantage of power factor correction (PFC) technology, it can effectively drops the harmonic content, reduces the harmonic pollution to power grid. In view of the three-phase high power applications, the three-phase PFC technology has become one of the research hotspot in recent years.Firstly, the three-phase PFC technology is briefly introduced in this paper, the common three-phase active power factor correction circuit topologys and control methods are summarized. On this basis, the PFC circuit of three-phase VIENNA structure based on one-cycle control is researched in the paper, the basic principle of one-cycle control is analysed and the three-phase VIENNA topology is introduced. From the mathematical modeling and the working process analysis of the tandem double boost circuit which decoupling after this topology, the circuit core control equation of the control mode is given in the paper. And with one-cycle control chip ICE2PCS01 as the core, the detailed design method of the control circuit is proposed.According to the above analysis, the overall design scheme about PFC circuit of the three-phase VIENNA structure based on one-cycle control is given in the paper, including the design and selection of the main circuit component parameters, such as the input inductor, switch tube, power diode, output filtering capacitance, and the schematic design of the control circuit, such as the interval selection circuit, multi-channel switch input circuit and output logic circuit.Finally, a 2kw PFC circuit of three-phase VIENNA structure based on one-cycle control is developed in this paper. The experimental results show that this circuit has good performance and achives good power factor correction effect. Both theoretical analysis andprototype experiment verify the feasibility of the circuit design.Keywords:APFC VIENNA Rectifier One Cycle Control Three-phase PFC Thesis :Application Research目录目录1 绪论 (1)1.1 课题的背景及研究的意义 (1)1.1.1 课题的研究背景 (1)1.1.2 课题的研究意义 (3)1.2 本课题的国内外研究动态及发展趋势 (4)1.2.1 三相PFC的研究动态 (4)1.2.2 三相PFC的发展趋势 (5)1.3 本课题研究内容与研究目标 (6)2 三相PFC电路组成及原理 (8)2.1 谐波与功率因数的概述 (8)2.1.1 谐波及功率因数的定义 (8)2.1.2 功率因数校正技术的分类 (10)2.2 三相PFC电路的拓扑结构 (11)2.3 三相PFC电路的控制方法 (16)2.3.1 DCM工作模式 (17)2.3.2 CCM工作模式 (17)2.3.3 三相PFC控制方法的选择 (21)2.5 本章小结 (21)3 单周期控制的三相VIENNA PFC电路分析 (22)3.1 单周期控制原理 (22)3.1.1 单周期控制技术的基本原理 (22)3.1.3 单周期控制PFC电路原理 (23)3.1.4 单周期控制PFC电路的工作模式及特点 (25)3.2三相VIENNA结构电路组成及原理分析 (27)3.3串联双Boost电路组成及原理分析 (29)3.3.1串联双Boost电路的原理分析 (29)3.3.2串联双Boost电路的数学建模 (31)3.4 单周期控制的三相串联双Boost电路 (34)3.5 本章小结 (36)4 单周期控制的三相VIENNA PFC电路设计 (37)4.1 主电路设计 (37)西安科技大学硕士学位论文4.1.1输入电感的设计 (37)4.1.2主开关器件设计 (39)4.1.3功率二极管设计 (40)4.1.4输出滤波电容设计 (40)4.2 控制电路及驱动电路设计 (41)4.2.1区间选择电路 (41)4.2.2输入多路开关电路 (43)4.2.3单周期控制核心电路 (44)4.2.4输出逻辑电路 (51)4.2.5驱动电路 (52)4.3 本章小结 (53)5 三相VIENNA PFC电路实例及实验结果 (54)5.1 技术指标 (54)5.2 样机电路的设计 (54)5.2.1基本参数设计 (54)5.2.2主电路各元器件的选型 (54)5.2.3控制电路设计 (56)5.3 实验结果及分析 (58)5.4 本章小结 (62)6 结论 (63)6.1 总结 (63)6.2 展望 (64)致谢 (65)参考文献 (66)附录A 攻读硕士学位期间参与的科研项目 (69)附录B 基于单周期控制的三相VIENNA结构PFC设计电路图 (70)1 绪论1 绪论1.1 课题的背景及研究的意义1.1.1 课题的研究背景随着工业的发展，人们对电能质量与电能效率的关注逐步提升，伴随着近年来电力电子装置的广泛使用，其在电网中产生的大量谐波，对供电质量、电网损耗都有一定的影响，严重时会造成设备异常甚至损坏。
