PFC软开关技术的意义及优化方案

电力电子技术进步与功率器件的发展密不可分，从早期的普通晶闸管到GTO晶闸管，再到GTR、MOSFET和IGBT，正是高频可关断全控型器件的发展，使得变换器可以工作在较高的开关频率，从而可以减小装置体积、提高变换器的功率密度，同时优化变换器动态特性。

图7-1所示为Boost型单相PFC变换器电路，开关管（功率场效应管）V在一个开关周期中的电压、电流波形如图7-2所示。在V关断阶段，当使能V驱动信号关断后，由于此时升压电感L电流无法突变且没有其他回路，因此开关管V导通电流不会变化。V漏源极电压V_V上升，当V_V等于直流侧电压V_dc，二极管VD导通，此时V与VD开始换流，当二极管VD电流等于电感电流I_L，开关管V电流恰好减小到零，V完全关断。考虑线路寄生电感的影响，开关管V漏源极电压V_V最大值会高于直流侧电压V_dc。V关断阶段电压与电流的乘积为关断损耗功率p_off。

图7-1 Boost型单相PFC变换器电路

图7-2 Boost型单相PFC变换器开关管开关电压、电流波形(www.xing528.com)

开关管V开通阶段，当使能开关管V驱动信号开通后，开关管V开始与二极管VD换流，由于此时二极管VD仍然导通，箝位开关管V漏源极电压V_V为直流侧电压V_dc。当开关管V电流等于电感电流I_L，二极管VD开始关断，考虑二极管反向恢复特性，开关管V流过电流继续增加，直到二极管反向恢复结束。V开通阶段电压、电流的乘积为开通损耗功率p_on。开关管V开关电压、电流相平面波形如图7-3所示。

由上述分析可得，在硬开关条件下，开关管的开关损耗会随着开关频率的提高而增加，使得变换器的效率下降。此外，随着开关频率的提高，变换器中开关管电压和电流的变化率也增大，电磁干扰会更加严重，特别是反向恢复特性较差的二极管在较高开关频率工作时，对变换器的电磁干扰（EMI）非常严重。如果可以在开关管开通之前使其漏极和源极间电压降为零，或者在开关管关断之前使其导通电流先降为零，则可以大大减小开关管开关损耗。上述两种开关状态称为开关管零电压开通和零电流关断，统称为软开关技术。采用功率器件软开关技术，一方面可以减小开关管开关损耗，提高变换器效率；另一方面可以降低开关管换流时的电压或电流变化率，从而有效降低变换器EMI。为了提高变换器效率，降低EMI，各种各样的软开关技术应运而生。

图7-3 Boost型单相PFC变换器开关管开关电压、电流波形相平面图