PFC的英文全称为"Power Factor Correction",意思是"功率因数校正",功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。 基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。因此，目前对单级PFC的研究也成为重要的课题之一。单级PFC中电源控制器的作用是保证快速、稳定的输出，对于输入功率因数的要求则需功率级自身解决。适合单级隔离式PFC的结构有很多，但基于不对称半桥的单级PFC具有独特的特点，下面将对该变换器的工作原理作详尽的分析。

 

 

 

 

 

　　不对称半桥是一种适用于中低功率的DC/DC零电压开关（ZVS）变换器电路。该电路采用固定死区的互补PWM控制方式，不需要外加元件，充分利用电路本身的分布特性，通过变压器漏感和开关寄生电容的谐振，实现零电压开关。这种电路保持了PWM开关模式的低开关导通损耗，而且消除了开关的导通损耗，因此，可以得到很高的效率。

 

 

 

 

 

　　图1中Vg是整流后的电压，Lb是Boost电感，Ca是储能电容，S1及S2为互补控制的MOS管，Ds1,Cs1,Cs2,Ca2分别为S1、S2的寄生二极管、寄生电容。Lr为谐振电感包括变压器漏感，Lm是励磁电感，Np,Ns变压器原副边匝数，副边接全波整流二极管D1及D2,输出滤波电感Lf,电容Co,负载RL.

 

 

　　其工作的理论相关波形如图2所示，其中Vgs是S1及S2的驱动波形，Vds1、Vds2分别是S1及S2漏源极电压波形，jp为变压器原边电流波形，iLb为电感Lb电流波形，其工作过程可分为9个模式。模式1[to~t1]如图3（a）所示，to时刻S1开通，Vg通过S1对Lb充能；同时储能电容ca通过S1.对Lr及Gb充能，并通过变压器向负载提供能量。这个过程直到t1时刻S1关断为止。

 

 

 

　　模式2[t1~t2]如图3（b）所示，t1时刻S1关断。Vg通过Cs1继续向Lb充能，Cs1两端电压（Vds1）持续上升，Cs2两端电压（Vds2）持续下降。Ca也继续通过变压器向负载释放能量，这个过程直到t2时刻Cs2两端的电压下降到等于Ch两端的电压Vcb结束。

 

 

　　模式3[t2~t3]如图3（c）所示，当Cs2两端的电压下降到等于Cb两端的电压Vcb时，副边进入续流状态，V通过Cs1一继续向Lb充能。Lr,Cs1,Cs2进行谐振，导致Cs1两端电压继续上升，Cs2两端电压继续下降，直到t3时刻Cs2两端的电压下降为零，同时Cs1两端的电压上升到等于Ca两端的电压Vca时结束。

 

 

　　模式4[t3~t5] 如图3（d）所示，当Cs2两端的电压下降为零时，谐振电感继续通过Ds2释放能量，在这个时间段的t4时刻开通S2,此时S2实现零电压开通。谐振电感通过S2将能量完全释放，电感Lb通过二极管Ds2向Ca充电。

 

 

 

 

 

　　模式5[t3~t6]如图3（e）所示，t5时刻谐振电感能量完全释放，隔直电容对Lr反向充能，直到变压器原副边电压等于匝数比后同时向负载释放能量，Lh能量完全释放，此过程结束。

 

 

　　模式6[ts~t7]如图3（f）所示，Lh能量完全释放后，隔直电容Ch继续向负载释放能量，直到t7时刻S2关断结束。

　　模式7[f7~t8]如图3（g）所示，S2关断，Cs2两端电压（Vds2）持续上升，Cs1两端电压（Vds1）持续下降，直到ts时刻CS2两端的电压上升到等于Cb两端的电压Vcb时结束。

 

 

　　模式8[t8~t9] 如图3（h）所示，Cs2两端的电压上升到等于Cb两端的电压Vcb副边进入续流状态，Lr,Cs1,Cs2再次谐振，使得Cs2两端电压继续上升，Cs1两端电压继续F降，直到t9时刻Cs1两端的电压下降为零，同时Cs2两端的电压上升到等于Ca两端的电压Vca时结束。

 

 

　　模式9[t9~t11] 如图3（i）所示，t9时刻Cs1两端的电压下降为零，Lr继续通过Ds1释放能量，在这个时间段的t10时刻开通S1,此时S1实现零电压开通。谐振电感通过S1将能量完全释放，且Ca对Lr反向充能，直到t11时刻变压器原副边电压等于匝数比，回到初始状态。

 

 

　　从以上分析町以看到，电感Lr工作在DCM状态，电流自动跟踪电压，从而达到PFC的目的，同时也实现了开关管的ZVS.

 

 

 

　　在本文所提到的电路中，变压器采用带中心抽头的对称绕组，则

 

 

 

　　由不对称半桥输出电感的磁平衡可得到输出电压为

 

 

 

　　根据式（2）以及输入电压、输出电压和占空比可确定变压器匝数比。工作在DCM状态的Boost型PFC电路从电网中吸收的能量可表示为

 

 

 

 

　　式中：Vo为输出电压； Io为输出电流； η为变换效率； Vg为输入电压幅值； D为占空比； T为开关周期。由于谐振电感所储存的能量大于寄生电容所储存的能量是实现ZVS的条件，所以，可得谐振电感为

 

 

 

 

 

     式中： 等苦为MOS管寄生电容。

 

 

 

 

    根据以上的分析，设计了一个输入电压110 V，输出电压18 V，输出电流5A，频率为100kHz的电路。原边开关选用4N60，功率变压选用EE33，Np=24，Ns=6，谐振电感Lr=10μH，Boost电感Lh=100μH。实验所得波形如图4所示，从图4中可以看到，电路即实现了功率因数校正，也实现了S1及S2的ZVS。

 

 

 

 

 

 

 

　　单级PFC AC/DC变换器比两级变换器具有成本低，结构简单的优势，特别是在小功率的应用中。不对称半桥由于它内在的ZVS特性，能有效地降低开关损耗，将这种特性运用到AC/DC变换器中能提高它的效率。单级不对称半桥能够较好地实现功率因数校正和软开关。