一種交錯圖騰PFC過零點控制策略

李祥生

本文分別分析了單路和雙路交錯圖騰無橋PFC在過零點處電流尖峰的產生過程，找到了交錯圖騰PFC過零點電流尖峰增加的原因，并進行了實驗驗證。根據分析結果提出了一種能夠減小交錯圖騰PFC兩個電感電流畸變的控制方法，實驗結果表明該方法能夠將電流畸變控制在與單路圖騰PFC相同的水平。

【關鍵詞】圖騰 PFC 交錯 電流 畸變

1 引言

現有的圖騰PFC控制要求交流輸入的極性判斷必須準確，否則電流在過零點就會畸變。TDK公司為減小過零點的電流尖峰，在其專利中提出一種過零點軟啟動方式，在電壓過零后的最初一段時間內逐漸放開占空比，以限制反向恢復電流尖峰。文獻[1]在過零點之后的最初幾個控制周期將占空比限制為最小值。對于電流連續模式的單路PFC，在電壓過零以后工頻二極管或者同步整流管的體二極管的反向恢復電流并不大，對過零點后的控制方式要求不高。若是工作于交錯并聯狀態，則必須選擇合適的過零控制方法，否則就會在過零點產生很大的電流尖峰。

2 圖騰PFC過零點換流分析

本文以圖 1為例對單路和雙路交錯圖騰PFC過零點時的換流過程進行分析（圖中交流輸入電壓的極性由正半周切換到負半周），以解決交錯并聯圖騰PFC的過零點問題。

圖 1（a）二極管D2在正半周處于導通狀態，當輸入電壓進入負半周以后，在最初的幾個開關周期內S1開通則會在D2中產生反向恢復電流，電流流向如圖中IL所示。如何控制這幾個開關周期的占空比是圖騰PFC極性切換的關鍵。

圖 1（b）是兩路交錯圖騰PFC反向恢復電流通路的示意圖。二極管D2在正半周處于導通狀態，當輸入電壓進入負半周以后，主路的上管S1首先開通，電感L1中會流過反向恢復電流IL1。在D2的反向恢復過程中，N點電位會逐漸上升，由于從路下管S4仍處于開通狀態，電感L1中就會產生電流IL2。電流IL1和IL2方向相反，它們之差才是流經D2的反向恢復電流。由上述分析可知：交錯圖騰PFC的兩個PFC電感在過零點處會產生較大的電流尖峰，而且電流尖峰值大于反向恢復電流峰值。

3 單路圖騰PFC過零點換流實驗

實驗條件：100Vac輸入，250W輸出，母線電壓300V，開關頻率45kHz。圖 2是單路圖騰PFC種典型的過零點切換過程。

可以看出工頻整流二極管的正向電流接近0，在3個控制周期內就能完成反向恢復，切換過程結束。切換過程電感中產生的電流尖峰都不超過5A。

4 交錯圖騰PFC過零點換流實驗

實驗條件：100Vac輸入，250W輸出，母線電壓300V，開關頻率45kHz。圖 3是交錯圖騰過零點處電流尖峰實驗波形，最大的電流尖峰達到10A，切換時間也較單路圖騰PFC增加一倍，此電流尖峰會使未完全浸漆的PFC電感產生低頻嘯叫。

雖然每路電感電流在過零點處有很大尖峰，但是PFC總電流尖峰并不大，僅為整流二極管的反向恢復電流，與圖 2中單路圖騰PFC相當。

5 過零點電流尖峰減小措施

本文提出一種針對交錯并聯圖騰PFC的過零點控制方法：單路工作過零。這樣可以消除不必要的位移電流，就能減小IL1和IL2的過零點尖峰。即在過零點以后的幾個控制周期內關閉其中一路PFC，只讓另一路PFC工作即可將電流尖峰控制在與單路圖騰PFC相同的水平。

在45kHz開關頻率下，單路工作過零的實驗結果見圖 5。可見，兩路交錯圖騰PFC在單路工作過零時的電流尖峰大大減小，其大小和波形與圖 2單路圖騰PFC基本一致。

6 結論

兩路交錯圖騰PFC相對于單路圖騰PFC而言，在過零點處從路電感中會因為工頻整流橋臂中點N的電位變化而產生位移電流，所以會使兩個電感電流尖峰反向增加，而總的PFC電流尖峰并未增加，與單路圖騰PFC相當。在過零點以后最初的幾個控制周期內，關閉從路PFC可以同時消除主路和從路電感中的電流尖峰，總PFC電流尖峰仍與單路圖騰PFC相當。

參考文獻

[1]蘇斌.單相高效率AC/DC變換器的研究[D].杭州：浙江大學，2011.

作者單位

深圳職業技術學院機電學院 廣東省深圳市 518055