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[摘 要]本文主要研究单周期控制的Boost型PFC原理，并设计出由两个性能参数相同的升压变换器并联组成，且该电路的两个开关管的PWM开通时刻相差180度的主电路。通过UCC28070芯片来控制电压外环和电流内环的双闭环。
[关键词]CCM 交错并联 Boost型PFC UCC28070
中图分类号：TV508 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0091-02
1.引言
功率因数校正有Buck、Boost、Flyback、Buck-Boost等拓扑结构。本文详细介绍电流连续、电流波形失真小、输出功率大的交错并联Boost型电路拓扑，且储能电感具有抑制RFI和EMI噪声的功能。
2.系统整体设计
根据设计思路，采用单周期控制Boost型PFC，可以确定每个周期的占空比。
2.1 硬件电路设计
PFC 的设计指标参数：输入电压范围：187-253VAC，输出电压范围：390-410VDC，输入功率：3.3kW，输入频率：40～60Hz，开关频率：50k Hz，谐波失真：<5%，功率因数：①>50%负荷时，PF>0.96 ②100%负荷时，PF>0.99。
本文采用UCC28070控制芯片，它具有固有电流匹配性能的交错平均电流模式脉宽调制控制和先进的电流合成检测法，可以得到更好的效率和功率因数值，其内部集成了两相PWM，此自然交互式PWM工作方式，减少了输入及输出的紋波电流，且在开关关断期间，内部电流合成电路会在内部重建电感电流的下降沿，可以获得更高的功率因数值，基于该芯片的控制电路参数设计如图1和图2所示。
2.2 主功率电路设计
1.变换器的最大输入功率3548W，在输入功率最大且输入电压最低的情况下，变换器的输入电流最大，其最大有效值和峰值为：
2.输入电容的设计
在PFC变换器的输入端即整流桥的后面通常会并联一个高频滤波电容，用来滤除输入的高频噪声干扰：
式中：---电流纹波系数，这里取0.2；--开关频率：50KHz；---高压电压纹波系数，一般取0.02～0.08，这里取0.06，此处选取47uF，400V的聚丙烯电容。
3.输出电容的选择
主要考虑额定功率、输出直流电压、高频纹波电流、输出电压纹波以及输出电压维持时间等因素，维持时间一般为15～50ms.
能量守恒：
式中：---维持时间， ---输出电压维持系数；一般纹波电压小于输出电压的2.5%，最小电容值为：
设计中采用三只350u/450V的电解电容并联使用，实际电容值为990uF，且通过并联起来的方式减小电容的等效串联电阻。
4.储能电感的设计
在Boost电路中，当开关闭合，电感电流与输入电压存在以下关系：
式中：-电感电流瞬时值
-输入电压瞬时值
双重交错并联PFC总的输入电流为电路中各支路电感电流之和，取输入电流最大纹波为输入电流最大峰值的20%，经计算得出，输入电流纹波要求的最小电感量为：
考虑到电感的体积和抗饱和特性，选择铁硅铝环型的磁芯材料。
5.功率器件的选择
5.1 不可控单相整流桥的选择
考虑峰值反向截止电压、流过整流桥的最大正向整流电流以及它所能承受的浪涌电流的能力等。
考虑安全裕量，选择型号为GBJ3508的不可控整流桥模块，参数：35A/800。
5.2 开关管的选择
电压和电流应力是选取开关管的必要考虑点。设PFC的输出电压为400V，耐压值大于380V，且考虑到寄生电感和电容振荡所造成的尖峰电压，开关管漏源极的电压会高达400～500V，考虑需在可承受的安全电压范围之内，选取的耐压值为600V。
考虑裕量，选择型号为IPP60R099P6的MOSFET，最大漏源极电压为600V，最大漏极平均电流为31A，最大导通电阻为0.105Ω。
5.3 续流二极管的选择
续流二极管的选取原则和开关管一样，选用的是具有开关频率高和正向压降低优点的肖特基二极管C3D08060A，其最大反向耐压值为600V，最大正向电流为8A。
6.电压采样网络的设计
输出电压的大小是由采样输出电压的电阻分压网络决定的，先选择分压网络中电阻值。为了减小系统的功率损耗，选用大阻值的电阻3MΩ，阻值为：
7.电感电流合成的设计
一个合成电阻就可以实现电流的合成。电感电流下降端的斜率是通过合成电阻的阻值来确定的，关系着整个系统的性能和PFC效果。合成电阻的阻值：
3.系统测试与结果
根据上述的设计要求，由测试波形可知，输入电流可以很好地跟踪电压波形；PFC输出电压稳定在400V左右，且两个功率开关管交错开关，可以有效地降低了输入电流的纹波。
4.小结
本设计采用的控制的Boost型PFC方案，其输出纹波低，对电网污染小，功率因数高，且升压电感尺寸和电流应力小。具有环保、实用、纹波含量小等优点，尤其用在开关电源方面，可以克服开关电源输出纹波大的缺点。
参考文献
[1] 东华，马运东.单周期控制 BOOST-PFC变换器[J].电源技术应用，2007，10（4）：40-43.
[2] 裴云清，倪嘉，王兆安.一种新型单级PFC拓扑及控制方式研究[J].电力电子技术2005 39（06）：35-36，39
[3] 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社 ，2004.
[4] 路秋生.功率因数校正技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[5] 李晓明，吕征宇.基于DSP的单相Boost型数字PFC控制技术[J].机电工程，2008，1（25）：108-110.
作者简介
徐浩，籍贯江苏赣榆，东华理工大学硕士研究生在读，专业为电路与系统，主要研究方向为核电子与仪器、数据采集系统等。
[关键词]CCM 交错并联 Boost型PFC UCC28070
中图分类号：TV508 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0091-02
1.引言
功率因数校正有Buck、Boost、Flyback、Buck-Boost等拓扑结构。本文详细介绍电流连续、电流波形失真小、输出功率大的交错并联Boost型电路拓扑，且储能电感具有抑制RFI和EMI噪声的功能。
2.系统整体设计
根据设计思路，采用单周期控制Boost型PFC，可以确定每个周期的占空比。
2.1 硬件电路设计
PFC 的设计指标参数：输入电压范围：187-253VAC，输出电压范围：390-410VDC，输入功率：3.3kW，输入频率：40～60Hz，开关频率：50k Hz，谐波失真：<5%，功率因数：①>50%负荷时，PF>0.96 ②100%负荷时，PF>0.99。
本文采用UCC28070控制芯片，它具有固有电流匹配性能的交错平均电流模式脉宽调制控制和先进的电流合成检测法，可以得到更好的效率和功率因数值，其内部集成了两相PWM，此自然交互式PWM工作方式，减少了输入及输出的紋波电流，且在开关关断期间，内部电流合成电路会在内部重建电感电流的下降沿，可以获得更高的功率因数值，基于该芯片的控制电路参数设计如图1和图2所示。
2.2 主功率电路设计
1.变换器的最大输入功率3548W，在输入功率最大且输入电压最低的情况下，变换器的输入电流最大，其最大有效值和峰值为：
2.输入电容的设计
在PFC变换器的输入端即整流桥的后面通常会并联一个高频滤波电容，用来滤除输入的高频噪声干扰：
式中：---电流纹波系数，这里取0.2；--开关频率：50KHz；---高压电压纹波系数，一般取0.02～0.08，这里取0.06，此处选取47uF，400V的聚丙烯电容。
3.输出电容的选择
主要考虑额定功率、输出直流电压、高频纹波电流、输出电压纹波以及输出电压维持时间等因素，维持时间一般为15～50ms.
能量守恒：
式中：---维持时间， ---输出电压维持系数；一般纹波电压小于输出电压的2.5%，最小电容值为：
设计中采用三只350u/450V的电解电容并联使用，实际电容值为990uF，且通过并联起来的方式减小电容的等效串联电阻。
4.储能电感的设计
在Boost电路中，当开关闭合，电感电流与输入电压存在以下关系：
式中：-电感电流瞬时值
-输入电压瞬时值
双重交错并联PFC总的输入电流为电路中各支路电感电流之和，取输入电流最大纹波为输入电流最大峰值的20%，经计算得出，输入电流纹波要求的最小电感量为：
考虑到电感的体积和抗饱和特性，选择铁硅铝环型的磁芯材料。
5.功率器件的选择
5.1 不可控单相整流桥的选择
考虑峰值反向截止电压、流过整流桥的最大正向整流电流以及它所能承受的浪涌电流的能力等。
考虑安全裕量，选择型号为GBJ3508的不可控整流桥模块，参数：35A/800。
5.2 开关管的选择
电压和电流应力是选取开关管的必要考虑点。设PFC的输出电压为400V，耐压值大于380V，且考虑到寄生电感和电容振荡所造成的尖峰电压，开关管漏源极的电压会高达400～500V，考虑需在可承受的安全电压范围之内，选取的耐压值为600V。
考虑裕量，选择型号为IPP60R099P6的MOSFET，最大漏源极电压为600V，最大漏极平均电流为31A，最大导通电阻为0.105Ω。
5.3 续流二极管的选择
续流二极管的选取原则和开关管一样，选用的是具有开关频率高和正向压降低优点的肖特基二极管C3D08060A，其最大反向耐压值为600V，最大正向电流为8A。
6.电压采样网络的设计
输出电压的大小是由采样输出电压的电阻分压网络决定的，先选择分压网络中电阻值。为了减小系统的功率损耗，选用大阻值的电阻3MΩ，阻值为：
7.电感电流合成的设计
一个合成电阻就可以实现电流的合成。电感电流下降端的斜率是通过合成电阻的阻值来确定的，关系着整个系统的性能和PFC效果。合成电阻的阻值：
3.系统测试与结果
根据上述的设计要求，由测试波形可知，输入电流可以很好地跟踪电压波形；PFC输出电压稳定在400V左右，且两个功率开关管交错开关，可以有效地降低了输入电流的纹波。
4.小结
本设计采用的控制的Boost型PFC方案，其输出纹波低，对电网污染小，功率因数高，且升压电感尺寸和电流应力小。具有环保、实用、纹波含量小等优点，尤其用在开关电源方面，可以克服开关电源输出纹波大的缺点。
参考文献
[1] 东华，马运东.单周期控制 BOOST-PFC变换器[J].电源技术应用，2007，10（4）：40-43.
[2] 裴云清，倪嘉，王兆安.一种新型单级PFC拓扑及控制方式研究[J].电力电子技术2005 39（06）：35-36，39
[3] 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社 ，2004.
[4] 路秋生.功率因数校正技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[5] 李晓明，吕征宇.基于DSP的单相Boost型数字PFC控制技术[J].机电工程，2008，1（25）：108-110.
作者简介
徐浩，籍贯江苏赣榆，东华理工大学硕士研究生在读，专业为电路与系统，主要研究方向为核电子与仪器、数据采集系统等。