5种无桥PFC

这里有六种无桥PFC,分别是:

标准无桥PFC

这种PFC在正负半周的时候, 两个管子一个续流一个充当高频开关

这种拓扑的优点是使用功率元件比较少, 两个管子可以一起驱动, 这简化了驱动电路的设计, 同时让直接使用传统APFC的控制芯片成为可能.

但它同时存在几个问题, 电流流向复杂而且不共地, 电流采样困难, 有较大的共模干扰因此输入滤波器要仔细设计

针对头一个问题, ST公司和IR公司的一些应用文档中已经比较详细的介绍了两种比较可行的采用互感器的方法

双Boost无桥PFC

这种拓扑由标准无桥PFC改良而来, 增加了D3和D4作为低频电流的回路, S1和S2只作为高频开关而不参与低频续流

同标准无桥PFC, S1和S2能同时驱动, 而在两个低频二极管D3和D4之后插入取样电阻又可以像普通PFC简单地传感电流

同时这种拓扑具有更低的工模电流

但是这种拓扑必须使用两个电感, 电流流向有不确定性, 低频二极管和mos的体二极管可能同时导通, 增加了不稳定因素

双向开关无桥PFC

S1和S2组成了双向开关, 他们可以同时驱动, 采用电流互感器可以很容易的检测电流, D1和D3为超快恢复二极管, D2和D4可以采用低频二极管

缺点在于整个电路的电势相对于大地都在剧烈变化, 会产生比标准无桥PFC更严重的EMC问题, 输出电压无法直接采样, 需要隔离采样(使用光耦, 但是会增加复杂度)

图腾柱PFC

由标准无桥PFC演化而来, 但是原理稍微改变

D1和D2为低频二极管, S1和S2的体二极管提供高频整流开关作用

这种电路具有较低的EMI, 使用元件较少, 设计可以很紧凑

但是S1和S2需要使用不同的驱动信号, 工频周期不同信号也不一样, 增加了控制的复杂性, S2不容易驱动(可以尝试IR2110等自举驱动芯片)

S1和S2如果采用mos, mos的体二极管恢复较慢(通常数百ns)会产生较大的电流倒灌脉冲, 引起很大的损耗, 足以抵消无桥低损耗的优势

S1和S2如果采用IGBT, 虽然其体二极管的性能没问题, 但是其导通压降比较大, 也会产生很高的损耗, 尤其是在低电压输入的情况下

现在有一些国外公司在研制GaN和SiC高性能开关管, 开关速度极快, 没有体二极管反向恢复问题, 这些技术尚在研发中, 现在是在市场上见不到这些产品的. 如果未来这些高性能器件能大规模普及,图腾柱PFC将有机会成为最流行最高效

的PFC拓扑

假图腾柱PFC

在图腾柱PFC基础上演化而来D2和D4代替了原来S1和S2内部的体二极管的续流作用

控制方式和图腾柱PFC完全相同

这种拓扑需要两个电感, 利用率不高, 体积较大, S2极难驱动

这种拓扑只能算在高性能开关器件诞生前的一种这种方案

介绍了这六种PFC, 每一时刻电流只通过两个功率开关器件, 比传统PFC的三个少, 在不使用软开关和交错技术的情况下, 理论上这些拓扑的损耗几乎相差无几, 都比传统PFC高

剩下的主要就从EMC和易于实现的角度考虑了