1、臨界模式SEPICPFC電路原理分析

　　基本的SEPIC拓?fù)淙鐖D1所示。L1，L2為濾波電感，UL1，UL2，iL1，iL2為兩個濾波的電壓和電流;C1，C2為電容，UC1，UC2為電容上的電壓;Ui為輸入電壓，Uo為輸出電壓;Q為功率MOSFET，Uds為其漏-源極電壓，iq為MOSFET電流;D為輸出二極管，Ud為輸出二極管兩端電壓，id為輸出二極管電流;R為負(fù)載。根據(jù)控制電路的原理，這里臨界模式指電感L1與L2中的電流加和之后臨界斷續(xù)。

　　為了簡化電路分析，可做如下假設(shè)：

　　根據(jù)以上假定，臨界斷續(xù)模式的SEPIC電路的工作狀態(tài)如圖2所示，變換器的靜態(tài)工作主要波形如圖3所示。其中，T為開關(guān)管的開關(guān)周期，d為MOSFET（即開關(guān)管Q）的占空比，Ui為整流后的交流電壓為正弦半波，由于功率器件的開關(guān)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工頻周期，在較短的幾個工頻周期內(nèi)，Ui可以近似認(rèn)為不變。在這段時間內(nèi)：

　?。?）t=0～dT，開關(guān)管Q導(dǎo)通，二極管D關(guān)斷，如圖2（a）所示。電感L1兩端的電壓為輸入電壓，電感L1上的電流線性上升。C1上電壓UC1對電感L2充電，電感L2上的電流線性上升。負(fù)載R的能量由C2提供。

　　2）t=dT～T，開關(guān)管Q關(guān)斷，二極管D導(dǎo)通，如圖2（b）所示。電感L1的電流通過電容C1，二極管D對電容C2和負(fù)載R供電;電感L2的電流通過二極管D對電容C2和負(fù)載R供電。

　　在穩(wěn)態(tài)下，根據(jù)電感伏秒平衡原理，假定電容C1足夠大，則有

　　由于電感L1和L2滿足伏秒平衡，據(jù)圖2，則有

　　開關(guān)管Q的電流峰值為電感L1和L2電流峰值之和為

　　當(dāng)變換器輸出功率和輸入電壓一定的情況下，輸入電流也固定，則由上述推導(dǎo)可知：變換器輸出功率和輸入電壓一定時，MOSFETQ導(dǎo)通時間固定，用Ton表示。根據(jù)式（6）有：

　　整流橋后的輸入電流平均值即電感L1的平均電流，則有

　　2、主要參數(shù)設(shè)計

　　根據(jù)臨界斷續(xù)工作模式SEPIC功率因數(shù)校正電路的工作原理，可采用L6561為控制芯片來簡化電路設(shè)計，設(shè)計電路如圖4所示，其主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

　　為了便于介紹電路設(shè)計流程，并滿足功率要求，本文以Uin=85V/50HzAC來設(shè)計相關(guān)電路參數(shù)。

　　2.1電感的設(shè)計

　　有效輸入電流

　　則輸入電流接近正弦波，由式（18）可得

　　2.2電容的選擇

　　由電路工作原理可知，電容C1上電壓與整流橋輸出電容C3上的正弦半波電壓保持一致。為取得良好功率因數(shù)，電容C1與C3都不可太大，否則輸入電流在過零點附近存在明顯畸變。同時電容C1和C3不可太小，否則電容上的高頻紋波較大，也會導(dǎo)致波形畸變。通常電容C1和C3取一樣的電容值。對300W以下的電路，一般不超過1μF。實驗電路中取C1=C3=220nF/400V。

　　輸出電解電容C4的選擇一般根據(jù)掉電保持時間Thold、輸出電壓紋波和電解電容壽命三種原則來考慮。一般沒有特殊要求的情況下也可根據(jù)功率情況以1μF/1W作為經(jīng)驗選擇。實驗電路中取C4=100μF/450V。

　　2.3分壓電阻R3，R4的選擇

　　由于L6561內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5V，因此

　　2.4采樣電阻RS的選擇

　　根據(jù)式（7），開關(guān)管Q峰值電流最大值為

　　2.5電阻R1，R2的選擇

　　則根據(jù)L6561的乘法器特性大致確定Comp端電壓最大值約為4V。

　　2.6補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　最簡單的補償網(wǎng)絡(luò)為采用一個電容以提供一個極點，通?？梢匀払W在20～30Hz，則

　　3、實驗驗證

　　本文以上述設(shè)計參數(shù)實現(xiàn)的一臺80W的SEPICPFC為例，其測量波形與數(shù)據(jù)如圖5和圖6所示。

　　SEPICPFC電路整流橋前的輸入電壓和電流波形如圖5所示，其中通道1為采樣電阻為0.5Ω的電流波形，通道2為兩個100kΩ分壓得到的輸入電壓波形。實驗結(jié)果可知，輸入電流的實際電流有效值為0.4A，實際輸入電壓有效值為220V，而且輸入電流與輸入電壓基本同相，其輸入電流基本為正弦波，具有良好的功率因數(shù)。

　　電感L1的電流波形如圖6所示，其采樣電阻為0.1Ω，電壓為119mV。因此由實驗結(jié)果可知電路工作在臨界斷續(xù)模式。

　　4、結(jié)語

　　SEPICPFC在升降壓單級功率因數(shù)校正拓?fù)渲芯哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、輸入輸出電壓同相和控制簡單等優(yōu)點，在較大功率LED系統(tǒng)中有較大推廣價值。本文以L6561控制芯片為基礎(chǔ)，給出了一臺80W輸出的LED前級PFC電路的設(shè)計方法，實驗結(jié)果驗證了設(shè)計方法的可行性和電路工作的有效性，對于較大LED系統(tǒng)中功率因數(shù)校正電路的設(shè)計具有一定的實用參考價值和借鑒意義。