图腾柱PFC的AC/DC变换器研究
摘要
随着电力电子技术的快速发展与各种用电设备的日益增多，电力电子变换器在电动
汽车、新能源发电和数据中心等领域的应用越来越广泛。近年来电动汽车随着政府的大
力扶持受到了越来越多的关注。车载充电机作为电动汽车的重要部件是连接电网与电动
汽车动力电池的接口，其工作性能直接影响着电网质量与电池的充电效率。两级式充电
机的前级AC/DC变换器作为承上启下的环节不仅影响电网质量而且影响后级DC/DC环
节的性能。图腾柱PFC电路具有结构简单、器件数目少和效率高等特点，因此本文以车
载充电机为背景对图腾柱PFC变换器进行了详细研究。
本文详细分析了图腾柱PFC变换器的工作特性，针对电流临界连续模式（Critical
ConductionMode，CRM）下只能部分区间实现软开关的问题，基于状态平面轨迹对变换
器全范围零电压开通（ZeroVoltageSwitching，ZVS）实现的条件以及软开关模型进行理
论分析，同时阐述了实现最大开关频率限制与最小ZVS时间裕度的实现方法。为使变
换器具备良好的动态性能，针对状态空间平均法建模不适用于CRM模式，基于平均电
流注入法建立了变换器在CRM模式下的数学模型，推导出系统控制到输出的传递函数，
分析了电流连续模式（ContinuousCurrentMode，CCM）与CRM模式下的控制策略，并
分别对两种模式设计其闭环控制器，同时使用陷波滤波器提高了变换器的动态响应。为
验证所采用控制策略的正确性及所设计闭环控制器的性能，使用仿真软件搭建了两种工
作模式下的仿真模型并对其工作波形进行了分析。
最后，通过搭建实验平台，对变换器主电路各参数、硬件控制电路以及软件控制程
序进行设计，使用示波器测量了实验平台的关键波形并进行了分析，完成了对变换器两
种模式下所采用的控制策略的正确性以及所设计控制器性能的验证。
关键词：图腾柱PFC；功率因数校正；临界连续模式；连续模式；软开关
图腾柱PFC的AC/DC变换器研究
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofpowerelectronictechnologyandtheincreasingofvarious
electricalequipment,powerelectronicconverterismoreandmorewidelyusedinelectric
vehicle,newenergypowergenerationanddatacenter.Inrecentyears,electricvehicleshave
attractedmoreandmoreattentionwiththestrongsupportofthegovernment.Asanimportant
componentofelectricvehicle,theon-boardchargeristheinterfaceconnectingthepowergrid
andthepowerbatteryofelectricvehicle.Itsworkingperformancedirectlyaffectsthequality
ofthepowergridandthechargingefficiencyofthebattery.TheAC/DCconverterbeforethe
two-stagecharger,asthelinkbetweenthetopandthebottom,notonlyaffectsthequalityofthe
powergridbutalsoaffectstheperformanceoftheDC/DClinkafterthetwostagecharger.
TotempolePFCcircu