最小电压有源箝位ZVS单相PFC变换器

传统有源箝位PFC变换器和复合有源箝位PFC变换器，能够有效地抑制二极管的反向恢复，在一定的范围内实现软开关。因此具有较高的理论和应用价值。然而，传统有源箝位PFC变换器和复合有源箝位PFC变换器中存在一个共同的缺点，那就是变换器中的电力电子器件，包括主开关管、辅助开关管和升压二极管的电压应力均等于输出电压加上箝位电容电压，如图7-39所示。

图7-39 传统有源箝位和复合有源箝位PFC变换器结构的比较

无论是传统有源箝位还是复合有源箝位变换器，器件的电压应力都大于输出电压，减少了变换器中开关管的安全裕量，这是这两类有源箝位变换器共同的缺点。产生这种电压应力缺点的原因就是在两种拓扑中，箝位电容与主开关管和辅助开关管是串联的关系，如图7-39中闭合箭头所示，在传统有源箝位电路中，主开关管、辅助开关管、箝位电容和输出电容组成了一个闭合回路，而在复合有源箝位电路中，主开关管、辅助开关管、箝位电容、二极管和输出电容组成了一个闭合回路，因此，虽然箝位电容将谐振电感上过高的电压应力箝位到一个较低的应力水平上，但是这个较低的箝位电压与输出电压之和组成了开关管上的电压应力，使得开关管的安全裕量减小。在PFC变换器中，输出电压通常为400V左右，而目前工业中应用最多的适用于这一电压等级的MOSFET，其耐压均为500V。在这两类有源箝位电路中开关管的电压均为输出电压加上一个额外的箝位电容电压，这样减少了开关管的安全裕量，限制了有源箝位电路的应用范围。

针对传统有源箝位变换器和复合有源箝位变换器中电压应力较高的缺点，浙江大学徐德鸿教授提出一种最小电压有源箝位PFC变换器（MVAC Boost PFC），如图7-40所示。与复合有源箝位电路相比，最小电压箝位PFC变换器对调了辅助开关管V₃和谐振电感L₁的位置，在最小电压箝位PFC变换器中，电力电子器件的电压应力等于输出电压。(www.xing528.com)

图7-40 最小电压有源箝位PFC变换器电路

与前两类有源箝位电路一样，在最小电压有源箝位PFC变换器中，谐振电感L₁被用来控制二极管反向恢复电流，减小二极管反向恢复在主开关管引起的损耗。箝位电容C_c、辅助开关V₃和谐振电感L₁组成一个闭合回路，这样就可以箝位谐振电感L₁两端的电压。在最小电压有源箝位PFC变换器中三个开关管V₁、VD₂和V₃与输出电容C_o组成一个箝位电路。除去开关切换瞬间外，在一个工作周期内，变换器中的三个开关管中，有且仅有两个开关管处于导通状态，这样，关断的那个开关管的电压就被箝位到输出电压V_o，这样，就消除了由二极管VD₂的输出电容和谐振电感L₁之间的寄生振荡。并且箝位电压等于输出电压，即在最小电压有源箝位PFC变换器中，开关管上的电压应力与硬开关PFC变换器中开关管的应力相同，均为输出电压，比传统有源箝位电路和复合有源箝位电路中开关管的电压应力都要低，这是这种拓扑的最大特点。最小电压有源箝位变换器也能够实现主开关管和辅助开关管的零电压开关。