图腾柱无桥PFC电路的工作原理及仿真分析
图腾无桥pfc电路，自己第一次接触，看了几篇论文学习了一下其相关的知识，简单总结一下分享出来，希望对大家有所帮助。图腾无桥是一种简单、效率高且成本低的功率因数校正电路，其电路结构如图一所示：
图一 图腾无桥pfc电路拓扑
图腾柱无桥pfc电路的工作原理如下：d1, d2是低频二极管，s1, s2作为高频功率管;ds1是s1的寄生体二极管，ds2是s2的寄生体二极管。
当交流输入处在正半周工作周期内，电路工作状态为如图二所示：高频功率管s2导通，交流输入通过s2, d2开始对l1进行充电，l1在功率管导通阶段进行储能;负载由输出电容供电，输出地通过低频二极管d2连接到输入端。当功率管s2导通结束时，工作状态转为如图二(d)所示：流过s2的电流转变到s1的寄生体二极管ds1上。ds1和d2构成l1的续流通路，l1的电压反向，l1释放电能;l1和交流输入共同向输出电容和负载提供电能。
图二 正半周工作过程
图三 负半周工作过程
当交流输入处在负半周工作周期内，电路工作状态和以上分析保持一致，具体如图三所示：高频功率管s1开通，交流输入通过s1, d1开始对l1进行反向充电;l1在功率管导通阶段进行储能，负载由输出电容供电;输出母线通过d1连接到输入端。功率管导通结束时，流过s1的电流转变到s2的寄生体二极管ds2上，其和d1构成l1续流通路，l1两端电压反向，l1释放电能，l1和交流输入共同向co和负载供给能量。结合以上工作模式我们就可以知道：在输入的正半周，s2处于高频开通与关断状态，d2一直保持正向开通状态。在输入的负半周，s1处于高频通断状态，d1一直保持正向开通状态，因此开关管驱动的变化情况如图四所示：
图四 图腾柱pfc开关信号通过以上对工作过程的分析我们可以得到一个结论：
图腾无桥pfc电路实质上是一种boost pfc变换器
，所以其控制参数的设计完全可以按照boost的相关理论去进行，并且根据其电路工作过程的对称性，我们以电网电压处于正半周工作周期内时进行分析，其电路结构如图五所示：
图五 电网电压正半周l1相电路结构图
根据以上的分析，搭建matlab仿真模型如下：
图六 仿真模型
图七 控制电路模型
关于图七，控制上我们采用电压电流双闭环的平均电流控制，注意我们通过取绝对值操作将输入的电网电流统一变为正半周期内，进而方便控制;并且，通过检测输入电压实现过零检测，与原来的驱动信号进行取与操作，进而决定导通时序。仿真结果如图七所示：
图七 仿真结果
由图七可知，母线电压基本稳定在400v附近，由于整流电路的特殊性，母线电压上存在100hz的二倍频(相对于输入50hz)的纹波，故正常;交流电流与交流电压相位相同，可实现单位功率因数。此外，相比于单相pwm整流(四个开关管)而言，图腾无桥pfc无法完美地实现保证功率因数的同时，并网电流的谐波畸变率(thd)又足够低。因此，观察图七的交流电流可看出其有稍微的畸变，不是完美的正弦波，但这在可以接受的范围内。
最后说一下图腾无桥pfc电路的缺点：结合电路工作原理，mosfet的寄生体二极管和传统boost有源pfc中的二极管有着同样的作用。假设采用mosfet作为功率管，并且工作在电流连续模式(ccm)，如图三(d)示。在s2断开时间，s1的体二极管和快速二极管起到同样的作用;当s2重新导通时，s2中既有输入电流，还包含s1寄生体二极管的反向恢复电流，这样在s2上就会造成非常高的损耗，更甚者由于反向恢复所产生的电流尖峰超过开关管s2的耐流限制从而击穿开关管，因此其不适合工作在大功率连续模式，进而限制了其应用场合。
然而，随着半导体技术的不断发展，can、sic等高性能器件开始出现，它们具有反向恢复时间极短且能反向导通的特性，这个问题迎刃而解，进而大大扩展了图腾柱无桥pfc电路使用范围。
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当交流输入处在正半周工作周期内，电路工作状态为如图二所示：高频功率管s2导通，交流输入通过s2, d2开始对l1进行充电，l1在功率管导通阶段进行储能;负载由输出电容供电，输出地通过低频二极管d2连接到输入端。当功率管s2导通结束时，工作状态转为如图二(d)所示：流过s2的电流转变到s1的寄生体二极管ds1上。ds1和d2构成l1的续流通路，l1的电压反向，l1释放电能;l1和交流输入共同向输出电容和负载提供电能。
图二 正半周工作过程
图三 负半周工作过程
当交流输入处在负半周工作周期内，电路工作状态和以上分析保持一致，具体如图三所示：高频功率管s1开通，交流输入通过s1, d1开始对l1进行反向充电;l1在功率管导通阶段进行储能，负载由输出电容供电;输出母线通过d1连接到输入端。功率管导通结束时，流过s1的电流转变到s2的寄生体二极管ds2上，其和d1构成l1续流通路，l1两端电压反向，l1释放电能，l1和交流输入共同向co和负载供给能量。结合以上工作模式我们就可以知道：在输入的正半周，s2处于高频开通与关断状态，d2一直保持正向开通状态。在输入的负半周，s1处于高频通断状态，d1一直保持正向开通状态，因此开关管驱动的变化情况如图四所示：
图四 图腾柱pfc开关信号通过以上对工作过程的分析我们可以得到一个结论：
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，所以其控制参数的设计完全可以按照boost的相关理论去进行，并且根据其电路工作过程的对称性，我们以电网电压处于正半周工作周期内时进行分析，其电路结构如图五所示：
图五 电网电压正半周l1相电路结构图
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