文 献 综 述

一.课题研究背景及意义

功率因数校正（PFC）变换器是在传统电源设备功率因数低、高次谐波多和电磁干扰性强等造成能源浪费、危害电网、电能利用较低和对同一系统设备产生恶劣影响的情况下旨在节约能源提高电能利用率、降低谐波减少对电网的冲击、避免危害其他设备而随着对电源质量要求的提高经过几十年不断演变形成的电路设备^[1-4]。电力电子的6种基本拓扑原则上都可以构成PFC，目的就是通过调整拓扑本身的电路结构和控制策略来改善电能质量以达到功率因数为1^[5]。其目前采用的校正方法主要分两种，有源校正和无源校正，其中无源网络主要使用电感电容二极管等无源器件构成并通过提高整流导通角的方法来减少高次谐波，虽然它控制简单、成本低、可靠性好，但由于体积庞大难以得到很好的利用；有源校正（APFC）得到很高的功率因数而得到广泛应用，有源功率校正网络根据电压不同分为单相和三相两类，三相PFC输入功率高但存在没能解决三相耦合问题的严重缺点而研究难度较大。相反单相PFC发展相对成熟^[6]。而单相有源功率因数校正又分为两级PFC和单极PFC，其中单极PFC由两级PFC演变而来，器件少、成本低、控制简单、使用小功率场合近年来发展迅速，不断有各种电路拓扑和研究技术推出。本课题以此背景研究一种单极单管PFC变换器的工作模态、进行应力分析和参数设计并利用软件进行仿真分析。

二.单极PFC发展现状

高效、无污染地利用电能是目前世界各国普遍关注的问题。据统计在实际应用中有70%以上的电能都需要经过电力电子装置进行变换才能加以利用，而在这些装置中90%采用整流器^[7]。早期由于电力电子技术的局限，电源设备发展落后，常见而传统的开关电源大量采用不控整流二极管电路和点解电容滤波组成，电路中含有大量的高次谐波电流导致输入功率因数很低，仅在0.5~0.7之间^[8]。并且对电网产生严重谐波污染，等等设备存在严重缺陷。进而，国际上制定了各种严格的谐波治理标准，严格限制谐波对电网的危害，中国也在上世纪90年代颁布相关标准，冲击了整流的固有模式，同时也推动了功率因数校正技术的发展。近些年来，功率因数校正技术及电力电子技术经过迅猛发展已经逐渐形成比较完善的体系。随着对经济性、可靠性及环保概念的不断追求，功率因数校正技术发展要求更加严格，在这种环境下大量相关新型PFC技术应运而生，并且广泛应用于国防、航天、电力、民生等领域。

PFC电路分为有源PFC和无源PFC。

其中有源PFC电路有很多分类方式，从供电方式分为单相PFC和三相PFC；有控制方法分为PWM、FM等；从拓扑结构分为单极和两级^[9]。

与两级PFC相比，单极PFC变换器电路只含有一个开关管和一套控制电路，同时实现电流电压快速调节^[10]。由于其电路简单和成本低等特点使其适用于小功率场合。国内外相关研究机构及个人也都提出了各种不同技术，使单极PFC变换器达到种类多样化、性能可靠，能源利用率高等特点。

马洪波等人针对功率因数校正变换器因低频整流桥而效率低的问题以及Boost PFC变换器拓扑的本质缺陷提出一种可升降压的新型无桥SEPIC PFC变换器拓扑^[11]，不但保留了SEPIC拓扑可磁集成、易于隔离等优点，仅需要一个开关管，因此有较低的成本和更高的效率。并验证了改拓扑的正确性及有效性。

王大庆等人结合有源钳位单极PFC变换器特点提出一种基于Buck模式的启动策略，通过改变启动过程中开关管的开关时序，有效抑制输入电感过流^[12]。该策略不增主电路复杂程度、不改变电路工作状态，不影响系统性能优点。实验验证了理论分析的正确性，表明其有效抑制单极PFC变换器启动过程中输入电流过流。