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1、 引言目前，功率因数校正问题是许多电器设备都需要解决的问题。对此，人们提出了许多的电路拓扑和控制方案来解决它。其中运用较为广泛的是利用 BOOST 型变换器来做功率因数校正。这是因为 BOOST 变换器具有许多其他电路拓扑所不具有的优点，例如输入电流连续，控制简单等。但是 BOOST 变换器的输出电压必须要比输入电压高，这使得在许多场合中需要再增加一级直流变换器来调整其输出电压，例如 BUCK 变换器。电路如图 1所示，造成了电路成本高，驱动复杂等缺点。对此本文提出了一种新型的 BOOST-BUCK 电路拓扑，其电路结构如图 2 所示。该变换器具有 BOOST 型变换器的大多数的优点，同时还具
2、有输出电压可调范围大，输出电流连续等优点。比较图 1 和图 2，我们可以看出 BOOST-BUCK 变换器是由 BOOST 变换器加 BUCK 变换器集成而成的，通过共用功率 MOS 管 Ms 来实现功率因数校正和输出电压的调节的。文献2 指出，当利用 BOOST 变换器做功率因数校正时存在两种主要方法，利用乘法器方法和电压跟随方法。相对于前一种方法，后一种方法仅需要一个开环控制来保持恒定的占空比。当 BOOST 电路工作在恒占空比的 DCM 状态就可以实现很高的功率因数。输入电流连续并且近似为正弦波，而且输入电流连续可以进一步减小输入的 EMI 滤波器。本文采用恒占空比方法来实现功率因数校正
3、。 在稳定状态，功率 MOS 管工作在固定的频率和固定的脉宽。相对于 BOOST 变换器，其工作于 DCM 状态来实现输入的高功率因数；而 BUCK 变换器则随着负载的变化或工作在CCM 或 DCM 状态。在一个开关周期内，输入电源相当于一个直流电源，为了分析的方便，我们把图 2 简化一下，如图 3 所示。假设该变换器已工作在稳定状态。对应与图 4，该变换器的一个开关周期内的各个工作模式分析如下： 模式（a）t0-t1：在 t0 时刻，功率 MOS 管导通。相对于 BOOST 变换器而言，二极管 D1 反向截止；电感电流 iL1 流经 Vs， L1， D3， Ms 返回 Vs.而对于 BUCK
4、 变换器，二极管 D1 反向截止；电感电流 iL2 流经 C1， L2， C2&R2， D2， Ms 返回 C1.两电感均存储能量。 模式（b）t1-t2；在 t1 时刻，功率 MOS 管关断。相对于 BOOST 变换器而言，电感电流 iL1 通过二极管 D1 续流；电感电流 iL1 流经 Vs， L1， D3， D1，C1返回 Vs.而对于 BUCK 变换器，电感电流 iL2 也通过二极管 D1 续流，电感电流iL2 流经 L2， C2&R2， D2， D1 返回 L2.两电感均释放能量。 模式（c）t2-t3；在 t2 时刻，功率 MOS 管保持关断状态。电感电流 iL1 降为零，BOOS
5、T 变换器暂停工作。BUCK 变换器仍然工作在续流状态。 模式（d）t3-t4；在 t3 时刻，功率 MOS 管保持关断状态。电感电流 iL2 也降为零。电容 C2 提供能量给负载。 图 5（a）显示该变换器工作时的一个开关周期内的关键波形。在设计过程中，BOOST变换器的电感 L1 必须被设计工作在断续状态。如图 5（b）所示，输入电流的峰值会自动跟随输入电压，从而实现功率因数校正。当要实现功率因数校正时，本变换器采用恒频率恒占空比的控制方法来实现功率因数校正。 假设输入的交流电 Vin=Vmsinwt，则输入电流的峰值：(1) （1）式中 T 为开关周期，D 为占空比，Ton 为开关管的导
6、通时间。从图 5（b ）可以看出，峰值电流跟随着 kVin 的包络线。当功率开关管关断后，电感向 BOOST 的输出电容充电，电流下降。电流下降间（2） （2）式中 Vc1 为 BOOST 的输出电容上的电压。 所以变换器的输入电流由（6）式可以确定输入电感 L1. 仿真及实验结果仿真所采用的主电路如图 2 所示，参数设计如下：交流输入为正弦波，幅值 Vin=310V，频率 f=50hz；BOOST 电感 L12mH，BUCK 电感 L22mH ；BOOST 电容 C1=470u，BUCK 电容 C2100u ；功率开关管用 IRF840；二极管采用 MUR840.输入滤波器电感为 2mH，电
7、容为 50nf.当输出 Vout=86V 时，负载 R=200 欧姆。输入电压、输入电流、输出电压的波形如图 6 所示。一个实验电路被用于验证所用电路的实用性。实验参数如下：开关周期为 33Khz；输入交流 120V；输入滤波器参数为电感 2mH，电容 0.33uf；BOOST 电感 L1=1.3Mh，电容C1=470uf；BUCK 电感 L2=2.1mH，电容 C2=1uf；功率开关管为 IRF840；二极管为 HER107.驱动采用 UC3844 进行控制。 当输出电压 Vout=85V 时，测得输入电压电流波形如图 8 所示。图 8 输入电压、输入电流的波形当输出电压 Vout=225V 时，测得输入电压电流波形如图 9 所示图 9 输入电压、输入电流的波形从图 8、图 9 中可以看出该变换器的输出电压可以高于或低于输入电压，且具有较高的功率因数。 结论本文提出并分析了一种新型的 BOOST-BUCK 变换器。该变换器具有连续的输入电流和输出电流，且其输出电压可调节范围大。该变换器可用于做直流变换器，也可以用于做功率因数校正。
