摘  要:為了利用臨界連續導電模式功率因數校正器(PFC)高效的優點，將其應用到較大功率場合，提出一種用于臨界連續PFC的單周期控制策略。采用開關頻率和采樣頻率可變的方法，利用單數字信號處理器實現了3個臨界連續。PFC變換器的并聯交錯運行。提出的針對臨界連續PFC變換器的單周期控制器無需對開關的高頻峰值電流、電感電流過零點進行檢測與判斷，筒化了臨界連續PFC交換器的控制。實驗結果表明：該方案可實現臨界連續PFC變換器輸入電流和輸出電壓的有效控制，可在保證高的輸入功率因教同時，獲得穩定的直流輸出電壓。
關鍵詞；電源；臨界連續導電模式；功率因數校正器；單周期；并聯交錯；數字控制

    連續導電模式(continuous conduction mode,CCM)功率因數校正器(PFC)變換器在工業中已經得到廣泛的應用;但是，在CCM PFC中，高壓快恢復二極管的反向恢復損耗限制了變換器效率的提高，而在臨界連續導電模式(critical conductionmode，CRM)PFC可以消除該損耗，而且還可以實現開關管開通零電壓、零電流開通(ZVZCS)，且是一種自然的、不用任何輔助功率器件的軟開關，因此，CRM PFC變換器得到了廣泛的應用。
    然而，較大的電感電流紋波導致單開關CRMPFC變換器一般只適用于小功率場合。為了利用CRM工作模式的優點，將其應用到較大功率場合，本文提出一種單周期控制方法。基于該方法可容易地實現CRM PFC變換器并聯交錯運行，將CRMPFC變換器應用到較大功率場合，同時，并聯工作可減小器件的電流應力，交錯技術可減小總輸入電流高頻紋波幅值、提高總輸入電流的紋波頻率，降低輸入端EMI濾波器的體積。

1 CRM PFC變換器的工作原理
    CRM PFC變換器的系統原理如圖1所示。

    由圖1可見，主電路采用Boost拓撲，控制部分采用開關頻率可變的峰值電流控制方法，其中L為電感，D為二極管，S為開關管。控制輸入為電流i波形和輸出電壓Udc的幅值。電壓控制環的輸出Uvea乘以輸入電壓Uac得到電流給定iref,使得輸入電流的包絡線跟隨iref,實現功率因數校正和輸出電壓幅值控制。為了使電感電流臨界連續，實現開關管開通的軟開關以及消除快恢復二極管的反向恢復損耗，控制器對電感電流過零點進行了檢測，使開關管在電感電流值過零附近開通。

2 針對CRM Boost PFC的單周期控制器
    由于對CRM Boost PFC變換器進行控制，需對高頻的電感電流過零點和高頻的開關電流峰值進行檢測與判斷，因此，要實現其數字控制具有一定的難度。因為其控制要求數字控制器要在一個高頻控制周期內，對2個高頻的信號點進行檢測與判斷，由采樣定理可知，這對低端數字控制器來說是很困難的，即使采用數字控制器的外部中斷可以實現基本控制，但變換器的控制頻率將很低，滿足不了高功率密度變換器的要求。為此，本文提出一種開關頻率可變的單周期控制器，只需使用現有的低成本數字控制器就可以實現CRM Boost PFC變換器的控制。該控制器只需對輸入電壓和輸出電壓采樣，無需用硬件電路對高頻的電感電流過零點和開關管電流峰值進行檢測與判斷。
    根據Boost變換器一個開關周期內開關管S的工作狀態，可將變換器的工作模式分為2種，如圖2所示。

    在CRM工作模式下，從圖2可得到，S導通時

式中：uac、Udc是輸入和輸出電壓的瞬時值，假定在一個高頻開關周期內保持不變；ton、和toff是開關管的導通和斷開時間。
    根據式(1)和式(2)就可得到一個用于CRMBoost PFC變換器的單周期控制方案，如圖3所示。

    由圖3可知，電感電流的參考值為

    由CRM PFC變換器的工作原理可知，電感電流的包絡是跟蹤iref的，因此，由式(1)和式(2)可以得到

    依據式(4)和(5)可得到每個控制周期開關管的導通和關斷時間，實現電感電流的臨界連續，同時，通過電壓環來改變iref實現輸出電壓的幅值控制。
    可以看出，在每個控制周期內，ton和toff與前一個周期的狀態無關，只取決于該開關周期的iref、uac和Udc,也就是說，當給定變化時，輸入電流和輸出電壓的瞬態響應過程可在一個控制周期內結束。

3 并聯交錯數目N對輸入功率因數的影響
    為了研究變換器交錯數目N對輸入功率因數的影響，對并聯交錯變換器的輸入電流波形進行了數學分析與研究。N個并聯交錯的電感電流波形，如圖4所示。