DCM Buck PFC变换器的研究(2)
1.1.1 无源PFC变换器
无源PFC变换器不使用有源器件，而是在整流管的前端或后端使用电感和电容构成无源滤波网络，通过增加输入电流的导通角来进行功率因数校正[2,3]，如图1.1所示。无源PFC变换器电路简单、成本低，但不能够很好地抑制输入谐波电流，同时在体积、重量等方面进一步限制了它的应用范围,因此无源PFC变换器一般适用于功率较小、对体积和重量要求不高的场合[2,3]。
图1.1无源PFC变换器
1.1.2 有源PFC变换器
有源PFC变换器是通过控制变换电路的工作状态，使电路的输入端呈现阻性特性，从而使输入电流波形呈正弦，并与输入电压没有相位差，实现PFC[3]。相较于无源变换器，有源变换器能够实现很高的功率因数，体积小、重量轻，因此具有很大的应用范围。Buck，Boost，Buck-Boost，Cuk，Zeta和Sepic这吹冰种直流变换器都可以用作PFC变换器，其中以Buck，Boost，Buck-Boost这三种结构最为简单，如图1.2所示。
(a) Buck PFC变换器
(b) Boost PFC变换器
(c) Buck-Boost PFC变换器
图1.2 三种基本的非隔离PFC变换器拓扑
Boost电路是目前传统有源功率因数校正领域使用最为广泛的拓扑结构，由于其固有的电流整形能力而在PFC中得到广泛应用。随着开关电源技术向着小型化和轻量化的方向发展，对开关电源的功率密度要求越来越高，而由于Boost拓扑升压电路的特性，为了获得足够的高压转换增益，Boost变换器需要工作在较大的占空比下，使其在低压输入时，就要有很大的输入电流才能达到功率输出要求，而整流桥、开关管等器件的损耗以及电感的铜损都会因输入电流的增大而大大增加，同时，为了满足Boost PFC的要求，其输出电压通常需要达到400V，因此，考虑到低压输入时的热量问题，很难提高Boost PFC变换器功率密度，因此Boost拓扑已不能满足开关电源技术在功率密度这方面的要求，Boost变换器的应用范围受到了一定的限制[1,2,3]。
对于Sepic变换器和Buck-Boost变换器而言，它们虽然同样能够减小输出电压应力，但是相较于Boost PFC变换器，这两种拓扑结构的开关电压应力较高，这样就降低了变换器的效率、增加了损耗[1]。
Buck PFC变换器具有一些吸引人的优点。首先，我们总是可以调节Buck变换器的工作状态使其输出电压小于Boost变换器；其次，由于Buck PFC变换器整流后的电压直接与主开关相连，使主开关的电压几乎紧紧钳住输入电压，但由于开关管不停地开通关断使得输入电流断续，需要增加较大的滤波器来消除高次谐波，可以说这是把双刃剑[1,2]。由于Buck PFC变换器主开关电压紧紧钳住输入电压，Buck PFC变换器在通用输入电压范围内可以达到较高的效率，同时由于Buck PFC变换器输出电压较低，所以在需要两级变换的工作环境下，后级直流变换器的电压传输比可以使用Buck PFC变换器来减小，基于以上优点Buck PFC变换器在过去的几年中受到了越来越多的关注[1,3]。然而，由于主开关管的工作特性，只有在输入电压高于输出电压时Buck PFC变换器才能够正常工作，因而在输入电压小于输出电压这段时间内，Buck PFC变换器的输入电流为零，这就使Buck PFC变换器输入功率因数较低，并且，如果Buck变换器工作在硬开关模式，其开关损耗在高输入电压下会很大，这些缺点影响了Buck变换器的价值[1,2,3]。
1.2 提高DCM Buck PFC 变换器功率因数的方法
文献[1]和文献[3]提出了一种定导通时间控制(COT)的方式，采用这种控制方式可以使开关的峰值电流与输入电压成比例，然后就能够得到较高的PF值。其电路结构和相关波形如图1.3和1.4所示。然定导通时间控制也存在很多问题，在使输入电流谐波满足标准的情况下，采用定导通时间控制会使变换器的效率急剧下降。
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