无桥PFC单周期控制技术

吕小刚 刘崇义 杨旭东

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）-0109-02

1  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。

2.2 采样电流的实现

有源PFC的采样电流应能准确的反映电感中的电流，有桥PFC电路的电流采样方法，是在整流桥的负端串接电阻检测电感上的电流。因此本拓扑也可以在二极管D1、D2的后面增加电流检测电阻，如图1中的电阻RS。流过采样电阻RS的电流能够准确的反映电感中的电流。

3  单周期控制技术实现原理

单周期控制（OOC）[2]方式是利用CCM模式下APFC的准稳态工作特性简化控制方，是一种非线性控制技术，该控制方法的特点不管是稳态还是暂态，它在每个开关周期内令开关变量的平均值与控制参考量相等或成比例。

推导过程：假设流过电感的电流Ig与输入电压Vg相位一致且成比例，变换器就可以等效成一个电阻Re，则

经理论分析Vm与Vo成比例，若占空比D使公式（4）成立，则可以保证流过电感电流Ig与输入电压Vg相同。其实现的电路图如图2所示，电压误差放大器输出信号Vm分成两路，一路与检测电阻信号相减，一路经复位积分器，进比较器反馈给PWM，则公式（4）可成立，实现PFC功能。

4  单周期控制芯片IR1150S分析

单周期控制芯片IR1150S[3]电路简单仅需检测母线电压和检测电感电流，对无桥结构引脚数量少，只有8个引脚，外围电路简单;驱动能力强可以提供最大1.5A的门极快速驱动，但高速脉冲也带来了比较大的电磁干扰问题;由于该IC为单周期控制方式，输入扰动、功率变化均能在一个周期内完成占空比调节，没有瞬间变化过程，动作响应快;芯片ISNS脚采样检流电阻电流即可正，简化PFC电路电流采样，减小采样时的损耗。

5  实验结果

实验品控制电路IC选用IR公司的专用功率因数校正芯片IR1150S，输出功率1000W。经测试输入电压220V时功率因数随输出功率变化而变化，输出功率在不到100W时，功率因数已达到了0.97，满功率1000W时接近于1，效率大约提高了1%，功率因数达到了较好的效果。

6  结语

本文基于IR1150S单周期控制无桥PFC电路，该电路损耗小，整机效率提高，并具有良好的EMC结构。单周期控制技术无需检测输入电压，仅需检测采样电流便能实现功率因数校正，控制电路简单、易于实现，在无桥PFC电路应用上优越性高。

参考文献

[1] P.Kong，S.Wang，F.C.Lee，Common mode EMI noise suppression in bridgeless boost PFC converter，APEC，2007：929-935.

[2] Smedley K M，Cuk S.One-cycle Control of Switching Converters[C].PESC.1991：888-896.

[3] IR1150 datasheet  http：//www.dzsc.com/datasheet/IR1150+_1098231.html.