一、DCM Boost PFC 变换器基本工作原理

    DCM 模式下,一个开关周期内电感电流可以分成三段区间,三段区间对应电感电流三种不同的状态,电感的电流三种不同的状态可将变换器等效成三种对应的电路, 图1.1 给出了这三种等效电路的电路图。 图 1.1(a)对应开关管导通,电感电流上升的阶段,此时整流后输入电压,升压电感,开关管构成一个回路,电解电容与输出负载构成一个回路,电感充电,电解电容放电; 图 1.1(b)对应开关管关断电感电流下降阶段,开关管所在支路断路,整流桥整流后的电压流经升压电感,二极管,电解电容和负载,构成回路,升压电感和电解电容共同向负载供电由此使输出电压升高; 图 1.1(c)对应开关管关断且电感电流为零阶段,此段区间,电感不再向输出供电,仅由输出电容向负载供电。如图 1.1 给出了在开关周期中这三个等效电路综合形成的关键点的波形, 其中 vgs 为开关管驱动电压波形, iQb为开关电流波形, iDb为二极管电流波形, iLb为电感电流波形。

图 1.1 DCM Boost PFC 变换器在一个开关周期内的三种状态

图 1.1 DCM Boost PFC 变换器在一个开关周期内的三种状态

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图 1.2 DCM Boost PFC 变换器各点波形图

图 1.2 DCM Boost PFC 变换器各点波形图

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    输入电源是电路工作的基础,输入电压的形式往往是电路运行的决定性因素:

$$ v_{in}=V_m\cdot \sin(\omega t) \tag{1.1} $$

$V_m$为幅值, $\omega$角频率,输入电压在$0 \text{\textasciitilde}\pi/\pi \text{\textasciitilde}2 \pi$区间按正弦规律从 $0\text{\textasciitilde}V_m \text{\textasciitilde}0$。

   输入电压接入后首先会经过保险丝,然后经过二极管整流电路,二极管整流电路为两个桥臂构成,它的作用是将交流变成直流,但电压形式仍然为正弦,且频率加倍

$$ \large v_{g}=V_m\cdot |\sin(\omega t)| \tag{1.2} $$

    二极管整流桥电路之后即是升压电感,我们主要关心电感的电流特性, 结合图 2.2,首先可得出峰值特性, 电感电流上升的斜率与开关管导通时间的乘积,即

$$ \large I_{Lb\{pk}} =\frac{v_g}{L_b}\cdot D_yT_s= \frac{V_m \cdot |\sin(\omega t)|}{L_b}\cdot D{on}\cdot T_s\tag{1.3} $$

Dy 为开关管开通时间占开关周期的比值,Ts 为开关周期,这里两者均为定值。

    在一个开关周期内电感电流包含上升阶段,下降阶段和持零阶段,为了后面的求解,需要求解出电感电流上升阶段和下降阶段的时间关系,这可以从电感在一个开关周期内的充电和放电量相等的角度推出(伏秒积平衡),即