Boost Interleaved PFC和Bridgelss Boost PFC拓扑介绍以及仿真分析

本文介绍了Boost Interleaved PFC电路（交错并联Boost电路）、Bridgeless Boost PFC电路（无桥Boost PFC）的拓扑结构。分析了工作模态，并对电路进行了仿真，实现了PFC功能。

1、interleaved boost PFC

1.1 工作模态分析：

1.2 仿真：

2、bridgeless boost

2.1 变流器的工作模态为：

2.2 仿真

1、interleaved boost PFC

Interleaved boost电路分为整流桥部分和并联boost部分。电路中二极管D1-D4构成了不可控整流。电感L1、MOS管Q1、二极管D5构成了一个boost电路。而电感L2、MOS管Q2、二极管D6构成了第二个boost电路。两个boost电路并联工作。

1.1 工作模态分析：

整流桥的工作模态有二种：

二极管整流桥的工作模态

(a) 交流电流正半周期	(b) 交流电流负半周期

第一种是当AC电源处于正半周期，D1和D4导通，为后级电路提供了上正下负的直流电。

第二种是当AC电源处于负半周期，D2和D3导通，也为后级电路提供了上正下负的直流电。

从而使得交流电转换成直流电。

而并联boost的工作模态比较多：

驱动两个MOS管时候，MOS管Q1和MOS管Q2的导通信号（Vgs1和Vgs2）分别相移了180°。

以下红色代表电流回路。箭头表示了电流方向。

并联boost的工作模态

工作模态1：电感L1储能、电感L2释放能量	工作模态2、电感L1和L2同时释放能量

工作模态3、电感L1释放能量，电感L2储能	工作模态4、电感L1和L2同时储能

在占空比低于50%时候，Vgs1和Vgs2波形如下：

工作模态会在模态1、模态2、模态3之间切换。

在占空比大于50%时候，Vgs1和Vgs2波形如下：

工作模态会在模态1、模态3、模态4之间切换。

在生成PWM信号时，使用三角载波和调制波进行比较。三角载波的频率决定了每秒钟内开关导通次数。当调制波大于三角波，PWM输出1，控制MOS管导通；当调制比低于三角波，PWM输出0，控制MOS管关断。

在这里采用两个相位相差180°的三角波分别对调制波进行比较，上通道的比较结果用于生成控制MOS管Q1的导通信号Vgs1，下通道的比较结果用于生成控制MOS管Q2的导通信号Vgs2。

1.2 仿真：

主电路中，电感L1和电感L2都为470uH；电容C1=4700uF。R1=300R。

控制回路：

电压外环PI参数：Kp=1；Ki=0.6。电流内环PI参数：Kp=500；Ki=10。

输入电压和输入电流波形（电脑问题，内存不够，只能跑到0.12秒，系统还没达到稳定）：

其实当交流电流比较接近工频正弦波，同时交流和电压相位最好为0，此时功率因素就会大。

整流桥输出电压电流比较好看（图中Irect就是整流桥直流侧的电流，Vrect是整流桥的直流侧电压）：

输出波形（Vout是本AC-DC的输出电压，Iout是本AC-DC的输出电流）：

2、bridgeless boost

bridgeless boost无桥升压电路，是从整流桥+boost演变而来。

拓扑结构如下：

结构上也是两个boost并联。第一个boost电路由电感L1、NMOS管Q1、二极管D1构成，第二个boost电路由电感L2、NMOS管Q2、二极管D2构成。

2.1 变流器的工作模态为：

下图中红色线代表电流方向。

Bridgeless boost的工作模态

工作模态1：AC正半周，续流模式	工作模态2：AC正半周，电感储能

工作模态3：AC负半周，续流模式	工作模态4：AC负半周，电感储能

2.2 仿真

接下来搭建了仿真模型：

同样参数是

主电路中，电感L1和电感L2都为470uH；电容C1=4700uF。R1=300R。

由于都是boost电路的变形，静态模型都是boost电路，因此这个电路的参数、状态方程、数学模型和上面的并联Boost并没有本质上区别。

控制回路：

两个开关管的导通信号（Vgs1、Vgs2）：

输入交流电流对输入交流电压的跟踪效果：

直流电压和直流电流输出波形：

Boost电路是电力电子中最基础的拓扑电路之一。看懂了Boost的话，应该上面的拓扑结构也会搞懂的。