摘要：针对电网对电源功率因数和谐波含量的要求，单级功率因数校正电路已经是电力电子领域的研究热点。对单级功率因数校正电路进行了分析，同时根据现在的输入电流的谐波标准，分析了单级功率因数校正电路的实用性。

关键词：功率因数校正；单级功率因数校正；实用性

引言

为了减少谐波对交流电网的污染，国内外都制订了限制电流谐波的有关标准，因此，功率因数校正（pfc）技术已成为电力电子领域中的研究热点。随着电力质量标准的日益严格，pfc变换器被越来越多地应用于开关电源、变频调速器和荧光灯交流电子镇流器中。近几年来，随着相关技术和各种控制策略的发展，pfc技术已得到大量研究。pfc电路根据工作方式可分为两大类，即无源pfc电路和有源pfc电路。有源pfc电路根据变换级数可以分为单级pfc电路和多级pfc电路。近年来，单级pfc电路得到广泛的关注，对它的研究也越来越热了，但是，在工业上它还没有得到广泛应用。

通常，通过以下几个方面来判断一个功率因数校正拓扑的优劣：

--功率因数的高低；

--输入电流波形畸变的大小；

--效率和功率密度的高低；

--开关管应力的大小。

单级功率因数校正将pfc级和dc/dc级组合在一起，同时实现对输入电流的整形和对输出电压的调节，但与两级方案相比，它只调节输出电压，保证输出电压的稳定，而对输入电流没有进行调节，让输入电流自动跟踪输入电压，因此，单级pfc电路的效果比较差。本文根据现在国际上的电流谐波标准，对单级pfc电路在工业上能否被广泛应用进行了分析。

1 单级pfc电路的分析

图1是单级pfc的通用结构。不像两级pfc，单级pfc中使pfc级和dc/dc级共用一个开关，同时实现输入电流波形的整形和输出电压的快速调节，输入输出的隔离。由于控制电路只负责调节输出电压，在稳态时占空比（d）几乎是个恒定值，所以，单级pfc要求输入电流能够自动跟随输入电压，图2为单级pfc的输入电压、电流波形和占空比波形。

1.1 储能电容的比较

在单级pfc中，由于dc/dc级工作在ccm，占空比不随负载变化。当负载变轻时，输出功率减少，pfc级输入功率pin却没有这么快的变化。这样，充入储能电容的能量大于从储能电容抽走的能量，导致储能电容电压上升，如果输入具有较少的阻抗，vb会急剧上升以维持输入功率和输出功率的平衡。另外,单级pfc电路储能电容上的电压变化范围比较大，在输入电压低的时候，储能电容上的电压比较低；在输入电压高的时候，储能电容上的电压比较高，因此，对于相同的输出功率等级来说，单级pfc电路中所需的储能电容比两级pfc电路要大很多，储能电容上的电压应力也要大很多。从图3中可以发现vb由输入功率控制，而不受输入电压和输出负载的控制。

1.2 半导体器件的比较

在两级pfc变换器中，pfc开关管承受pfc级的电流，dc/dc变换器的开关管承受dc/dc级的电流。而在单级pfc变换器中只使用了一个开关管，它要承受pfc级和dc/dc级的电流，这样，单级pfc变换器中开关管要承受更高的电流应力。通过开关管的电流的大小决定了管子的损耗和尺寸。图4给出了两级pfc变换器和单级pfc变换器中电流大小的比较。另外，与两级pfc电路相比，单级pfc电路中储能电容上的电压比较高，因此，单级pfc电路中管子上的电压应力也比较高。

1.3 磁芯元件的比较

在两级pfc电路中的输入电感主要是由输入电流最大纹波和pfc级的占空比来决定的，而在单级pfc电路中主变压器不仅是pfc电路的输入电感，而且还用来储存能量，因此，在相同的输出功率下，单级pfc电路中的磁芯元件要承受更大的应力。