O 引言
目前，帶有功率因數(shù)校正功能的開關變換器通常分為兩級結構和單級結構兩種。兩級結構電路具有良好的性能，但是元器件個數(shù)較多，與沒有PFC功能的電路相比成本會增加。而單級PFC變換器中PFC級和DC／DC級共用開關管，只有一套控制電路，同時可實現(xiàn)對輸入電流的整形和對輸出電壓的調(diào)節(jié)。但是，單級PFC電路上實際存在著一個非常嚴重的問題：即當負載變輕、達到臨界連續(xù)狀態(tài)時，多余的輸入能量將對中間儲能電容充電。這一過程會使中間儲能電容兩端的電壓達到一個很高的值。這樣，在電路中，對于90-265 V的交流電網(wǎng)，該電壓會達到甚至超過1000 V。就目前的電容技術和功率器件技術而言，這么高的電壓都是不實際的。因此，降低母線電容電壓、適應寬電壓輸入場合和負載變化，已經(jīng)成為單級功率因數(shù)校正技術的熱點。
本文研究了適用于大功率單相單級變換器的電路拓撲及其控制方式，提出了單級功率因數(shù)校正AC／DC變換器的設計方案。該PFC變換器基于一種三電平LCC諧振變換器拓撲，整個變換器由boost功率因數(shù)調(diào)節(jié)器和三電平諧振變換器組成，多電平諧振變換器可把開關管關斷時的壓降限制在二分之一直流母線電壓。同時，該變換器在寬負載變化范圍內(nèi)，還能夠穩(wěn)定地調(diào)節(jié)輸出電壓，并獲得穩(wěn)定的直流母線電壓。其變換器的控制方式由兩個控制環(huán)路實現(xiàn)，其中輸出電壓通過控制直流變換器的開關頻率來調(diào)節(jié)；直流母線電壓則通過控制boost調(diào)節(jié)器的占空比來調(diào)節(jié)。

1 電路拓撲及工作原理
本文給出的三電平單級PFC的電路拓撲如圖1所示。圖中，變換器輸入boost電感同下方一對開關管直接相連，DC-DC部分由三電平LCC諧振電路構成。Boost電感可工作在CCM或DCM模式下。中間儲能電容Cb1和Cb2的容量相等，故可在電路穩(wěn)定工作狀態(tài)下均分輸入直流電壓，并與箝位二極管Dc1和Dc2一起來降低開關管的電壓應力。電路中開關管的工作時序如圖2所示。

在分析變換器的工作模式前，可先做如下假設：
(1)所有開關管、二極管、電感、電容均為理想器件；
(2)電容Cb1和Cb2足夠大且相等，其電壓都為Vbus／2；
(3)輸出濾波電容Co足夠大，其電壓為Vo。