Boost PFC终极方案——断续、临界、连续三合一模式

对于PFC电路实现断续、临界、连续三种模式统一的核心是临界模式的设计，由临界模式可以过渡到连续模式可以过渡到断续模式，临界模式可以完美的连接断续和连续模式。通常我们实现临界模式是采用固定的导通时间Ton+过零检测这种方法，当输出功率发生变化Ton发生变化开关频率也相应的跟着发生变化，最终的整个工作过程中通过变频来实现临界模式。这里采用的方案是借鉴DC-DC变换器，临界模式只有一点而不是一个频带换句话说从断续到连续电路的工作频率都与临界模式的频率相同保持“频率不变”，“不变中有变”临界时刻的频率本身就是变化的根据公式f=(Uo-Ui)/Uo 按通常的情况Ui为0~300V的交流输入电压Uo设定为400V直流输出电压那么频率的变化范围1~1/4，假设最高频率为100KHz那么整个电路的工作频率范围为25KHz~100KHz，核心思想确定了下面就开始具体方案。

图1 Boost PFC电路
电路还是那个电路如图1，首先临界模式采用固定Ton法确定一个工作频率，这个频率将成为整个电路的参考基础，其次保持这个频率不变减小导通时间Ton电路进入断续模式，再次保持这个频率不变在Ton处叠加一个sin2θ信号进入连续模式。见图2这三种模式下的输入输出波形。




图2 断续、临界、连续三种模式下的输入输出波形

以上的分析只是理论性的在实际情况中输出Uo不是恒定400V其上还会叠加一个工频波动所以工作频率会有稍许变动，固定Ton法的电流I=1/2*(Ui/L)*Ton是假设在Ton时间段Ui不变实际Ui经过Ton后已经变成了Ui`，所以实际中的Ton和工作频率与理想状态下略有差别。






图3 断续、临界、连续模式下的PWM信号

图3中能看到三种模式下的PWM信号频率都比较接近，变化范围在1~1/4左右，已知频率变化范围可以让电路设计更容易。
对于连续模式可以看做是临界模式的弯曲，见图4




图4 三种模式的电流对比
如图所示连续模式的电流可视为临界模式电流的弯曲，功率越大连续模式越深弯曲度越大。

实际应用中可以提高开关频率，图5给出不同频率下不同电感量的波形









图5 开关频率由低到高电感量由高到低变化的电流波形
这种方案只检测输入电压Ui输出电压Uo不需要检测电流，工作频率变化小功率因数理论上可以做到1工作频率越高谐波含量越低，可以实现从小功率到大功率从断续到连续模式全范围工作，对于单电感单开关的Boost电路来说可以称的上是终极方案了。