[发明专利]一种功率因数校正方法及电路

说明书

技术领域：

本发明涉及一种功率因数校正(PFC)方法及电路，用于通信电源、不间断电源(UPS)等市电输入的开关电源设备中，减小输入电流谐波和提高功率因数。

背景技术：

功率因数校正电路(PFC)被广泛应用于通信电源、UPS等市电输入的开关电源设备中，以实现使输入电流满足IEC的相关谐波标准要求，同时使功率因数近似为1。

如图1所示，传统的功率因数校正电路的工作原理如下：

输入电压(V_IN)为市电正弦波电压经过整流后的电压；其波形为正弦波电压的绝对值波形；

①通过控制功率开关S1的开通与关断，使输入电流跟踪输入电压，使输入电流为正弦波，同时与输入电压同相位，使输入电流满足IEC的相关谐波标准要求，同时使功率因数近似为1。

②当S1导通时，输入电压加在电感Lm两端，给Lm充电储能，Lm电流上升，此时续流二极管D反向截止；

③当S1关断时，由于Lm电感电流不能突变，续流二极管D导通，市电电压与电感Lm串联，电流经续流二极管D1给输出电容与负载供电，电感Lm电流下降。

上述传统的功率因数校正电路存在着如下的问题：

当S1关断时，续流二极管D导通，流过正向导通电流。当S1导通时，D承受反向电压，由于二极管存在着反向恢复效应，D并不会立刻截止，而会有电流反向流过D，形成反向恢复电流。反向恢复电流与Lm一起流过功率开关S1，从而增加了S1的开通损耗和D的损耗。当输出电压越高时，由于高压二极管的反向恢复时间更长，使上述问题更加严重。S1的开关频率越高，则反向恢复电流造成的损耗越大；上述电路特有的问题限制了电路工作频率的提高。

为了解决上述问题，普遍采用的方法是采用一个辅助电感Ls与续流二极管D串联来减少反向恢复电流。

辅助电感Ls只能用来减少反向恢复电流，并不能减小反向恢复电流所带来的损耗。要减小这一损耗，还需要增加一个储能电容Cb来储存反向恢复能，直到S1重新导通后再把储存的能量送回输出电容。

但储能电容的引入为电感Lm电路上的电流提供了第二支路，在Lm电流较大时，由于储能电容Cb所储存的反向恢复能量是一个不大的数值，它不足以保证在S1关断期间使第二支路的电流全部转移到续流二极管D所在的支路上。这样，辅助电感Ls不能完全发挥作用。

为此，理论上讲可以设计出更复杂的电路，以增加储能，以便使S1关断期间第二支路的电流全部转移到续流二极管D所在的支路上。但是，增加储能会带来以下负面效应：当市电电压在过零点附近时，电路工作在DCM(不连续电流控制)方式，在此工作方式时存在若干开关周期内，当在S1关断的时间内，电容Cb上存贮的能量有可能不能全部转移至输出电容，从而形成累积，造成电容Cb上电压泵升，电压缓冲器的能量越大，电容Cb上电压泵升幅度越大，从而在续流二极管上造成较大的电压尖峰应力，增加了对续流二极管的耐压要求，选用更高电压额度的二极管，从而增加了二极管损耗。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种功率因数校正方法及电路，减小反向恢复电流造成的损耗，且不会影响辅助电感发挥作用，也不会造成储能电容上电压泵升，从而减小在续流二极管上的电压尖峰应力。

为实现上述目的，本发明提出一种功率因数校正方法及电路。

所述功率因数校正方法通过控制功率开关(S1)的开通与关断，使输入电流跟踪输入市电正弦波电压的波形及相位，从而提高功率因数，其特征是通过以下步骤来减小反向恢复电流损耗：1)在功率开关(S1)导通后，储能电容储存反向恢复能量的同时，储能电容还从输入电压(VIN)获得一份正比于Vin²的能量，其中Vin为输入电压(VIN)的瞬间值；2)在功率开关(S1)关断后的续流过程中，将储存的反向恢复能和正比于Vin²的能量转移到输出电容(Co)。

所述功率因数校正电路包括：功率开关(S1)、输出电容(Co)；其特征是，还包括：储能电容(Cb、Cs)，用于接收反向恢复能量和一份正比于Vin²的能量，并在功率开关(S1)关断后将该反向恢复能传递到输出电容(Co)，其中Vin为输入电压(VIN)的瞬间值。