1引言
有源功率因數(shù)校正（APFC" title="APFC">APFC）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各種電源裝置" title="電源裝置">電源裝置網(wǎng)側(cè)電流正弦化,，把非線性負(fù)載變換成為一個(gè)等效純電阻,，使功率因數(shù)接近1，極大地減少了電流的高次諧波,，消除了無功損耗,，減小了電磁干擾（EMI）。目前已進(jìn)入商業(yè)實(shí)用階段,。由于是在電網(wǎng)和電源裝置之間串聯(lián)插入的功率校正裝置,，因此功率因數(shù)校正裝置的可靠性和電效率顯得尤為重要。能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)校正的電路有多種,，在功率較大的場合,，BOOST" title="BOOST">BOOST電路具有許多優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但是,，單相BOOST型PFC硬開關(guān)變換器工作于電流連續(xù)模式（CCM）時(shí),，由于BOOST二極管的反向恢復(fù)，功率開關(guān)器件將產(chǎn)生很大的開通損耗（這部分損耗將占PFC電路總損耗的30％）[2],。同時(shí)產(chǎn)生很大的干擾,。這不僅降低了功率，更為嚴(yán)重的是,，由于損耗引起溫升,，降低了可靠性。所以在大功率時(shí),，硬開關(guān)BOOST電路存在嚴(yán)重的缺陷[1],。零電壓" title="零電壓">零電壓過渡（ZVT）技術(shù)應(yīng)用于BOOST電路很好地解決了二極管反向恢復(fù)問題,。但是其輔助管工作于硬關(guān)斷狀態(tài)，將產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗,。
2改進(jìn)型ZVT－BOOST電路的原理
為了減少ZVT－BOOST電路輔助管的關(guān)斷損耗,，在輔助管上加入無損吸收電路，實(shí)現(xiàn)輔助管的軟關(guān)斷,。電路如圖1所示,，圖中C1、VD1就是關(guān)斷時(shí)的無損耗吸收電路,。
電路的工作有八個(gè)階段組成,，如圖2所示。
Mode1,t0－t1階段：t0時(shí)刻輔管Sr受控開通,，流過BOOST二極管VD的電流iD開始向輔管Sr,、輔助電感Lr換流。LrdiLr/dt=U0,，直至iLr=iL,iD=0,。
Mode2,t1－t2階段：BOOST二極管VD電流過零關(guān)斷，諧振電容Cr(包括主管S的內(nèi)部電容)和輔助電感Lr諧振,，iLr繼續(xù)上升,，Ucr下降。
當(dāng)Uin>Ucr時(shí),，BOOST電感L中的電流iL開始上升,。
Mode3,t2－t3階段：Ucr下降為零，主管S的內(nèi)部反并聯(lián)二極管導(dǎo)通,，主管S的端壓被鉗位于－0.7V,。
Mode4,t3－t4階段：在零端壓下主管S受控開通,，iL流入S：LdiL/dt=Uin,，同時(shí)輔管Sr受控關(guān)斷，iLr向吸收電容C1以及輔管Sr內(nèi)部電容Cds諧振充電：LrdiLr/dt=Ucl=UCds,(C1＋Cds)dUcl/dt=iLr,。
由于增加了吸收電容C1,，所以輔管Sr關(guān)斷時(shí)電壓上升的速度變慢，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷緩沖,。
Mode5,，t4－t5階段：當(dāng)Ucl=Ucds=UO時(shí)，VD2導(dǎo)通,，Ucl,、Ucds被箝位于UO，Lr通過已開通的主管S向負(fù)載釋放能量,，直至iLr=0,。
Mode6,t5－t6階段：iLr下降為零,，VD1、VD2,、VD3因電流過零關(guān)斷,，iL通過導(dǎo)通的主管S繼續(xù)上升。
Mode7,t6－t7階段：主管S受控關(guān)斷,，iL向Cr充電,，Ucr上升；由于Ucl＋Ucr=UO,Ucr上升使Ucl下降（也就是iL向C1反向充電,，VD2導(dǎo)通）,。直至Ucr=UO,Ucl=0,使輔管Sr的緩沖電容C1電壓無損回零，實(shí)現(xiàn)
圖1改進(jìn)型ZVT－BOOST電路
（a）Mode1 (b)Mode2
（c）Mode3 (d)Mode4
（e）Mode5 (f)Mode6
（g）Mode7 (h)Mode8
圖2電路工作的八個(gè)階段
圖3電路工作的原理波形
了無損吸收,，可以看出,，C1對主管S關(guān)斷也起到了關(guān)斷緩沖的作用。
Mode8,t7－t8階段：BOOST二極管VD開通,，并保持Ucr=UO,Ucl=0,。
電路進(jìn)入下一周期。圖3給出了電路的主要波形,。
可以看出,，改進(jìn)型ZVT－BOOST電路的主管在零電壓下開通。關(guān)斷時(shí),，并聯(lián)電容減少了關(guān)斷損耗,。輔管由于增加了緩沖吸收電容C1，減少了關(guān)斷損耗,。而且吸收電路的能量（1/2）C1U2o向負(fù)載釋放,，沒有造成損耗。因此,，無損吸收進(jìn)一步降低了原來ZVT－BOOST電路的損耗,。
3仿真結(jié)果
對圖1電路用PSPICE進(jìn)行仿真，選用參數(shù)為：L=600μH,，Cr=1000pF,Lr=20μH,C1=1nF,Cds=400pF,Uin=200V(DC),UO=400V,RO=82Ω,。圖4給出了仿真結(jié)果。
4主要參數(shù)的設(shè)計(jì)
把改進(jìn)型ZVT－BOOST電路運(yùn)用于PFC,，設(shè)計(jì)指標(biāo)：Pin=4.0kW,Uin=220V,Uo=400V,fs=50kHz,PF>0.99,輸入電流脈動(dòng)<10％ ,。
(1)BOOST電感L
L的選取應(yīng)滿足輸入電流紋波" title="紋波">紋波的要求，根據(jù)SPWM的調(diào)制原理,，不難得到[4],。
式中，Uin(pk)為輸入電壓的峰值,；△I為最大輸入電流紋波,。
（2）輸出濾波電容Co
對輸入,、輸出瞬時(shí)功率進(jìn)行分析，可以看出輸出電壓Uo包含有兩倍網(wǎng)頻（即100Hz）的紋波,，為了使Uo滿足設(shè)計(jì)要求（脈動(dòng)<5％ ） ,，
（3）諧振參數(shù)Lr、Cr
由前述原理可知,，為了保證主管零電壓開通,，主管的開通時(shí)刻應(yīng)比輔管延時(shí)一段時(shí)間td,
td≥t2－t1=t10＋t21(4)
式中，t10為iL從VD換向Sr所需的時(shí)間,，
t10=t1－t0=Lr·iLmax/Uo(5)
其中iLmax應(yīng)取最大輸入電流并考慮其紋波,。
其中Tr為諧振周期。
改進(jìn)型ZVT－BOOST電路由于給輔管增加了無損吸收電路（緩沖強(qiáng)度可按強(qiáng)型設(shè)計(jì)）,，大大減?。ㄉ踔料┝岁P(guān)斷損耗，進(jìn)一步減小整個(gè)電路的損耗,。
圖4PSPICE仿真結(jié)果
圖5改進(jìn)型ZVT—BOOST電路實(shí)驗(yàn)波形
設(shè)計(jì)時(shí),，諧振頻率fr一般取開關(guān)頻率fs的5～10倍。過高,，則諧振電流峰值太大,；過小，則td過長,，主電路不能利用的占空比太大,，造成輸入電流的畸變和輸出電壓的不穩(wěn)。Cr的選取應(yīng)有利于減少主管的關(guān)斷損耗和不引起過大的諧振峰值電流,。由于C1同樣對主管起到了關(guān)斷緩沖吸收的作用,，因此Cr的值可取小，甚至不用外接,。取Cr=1000pF(包括主管內(nèi)部輸出電容),、Lr=20μH，td=2μs,。
?。?）吸收電容C1
C1取大有利減小主管和輔管的關(guān)斷損耗,，但過大,，則會(huì)造成L中的能量不足以使UC1恢復(fù)回零，起不到緩沖的作用,，實(shí)驗(yàn)中取C1=1nF,。
5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
(a)主管驅(qū)動(dòng)與主管端壓波形 (b)PFC電路輸入端電壓、電流波形
圖5給出了采用改進(jìn)型ZVT－BOOST電路實(shí)現(xiàn)PFC的實(shí)驗(yàn)波形,。