车载充电器Boost PFC AC/DC变换器设计

化反馈给电流环；作用之二是将二次谐波电压衰减到指定水平，以降低输入电流的畸变。另外，由于输出电容的充、放电，输出纹波电压滞后输入电压，故电压环的设计尚需兼顾考虑有足够的相移，以保证输出电压纹波与输入电压同相位。综上可知，需设置合理的补偿电路，使得电压环能够满足上述条件。

　　无补偿时， 电压环开环传递函数表达式为：

　　式中：Pin为输入功率，△V 为电压误差放大器输出电压范围。电压开环传递函数的伯德图如图4 中H 曲线所示，二次谐波得不到衰减，导致输入电流畸变变大，故需设置一个极点，使纹波电压得到较好的衰减，同时将纹波电压超前移相90°。

　　设计的补偿电路传递函数为：

　　综合考虑，配置极点频率等于穿越频率。此时，相位裕度为45°，系统稳定性较好， 且二次谐波得到了较大的衰减。加入补偿后的电压环传递函数的伯德图如图4中N 曲线所示，二次谐波获得了较大的衰减，且纹波电压超前相移90°。

　　图4 补偿前、后的电压环传递函数的伯德图

　　3.2 电流环设计

　　电流环的作用是调节主电路输入电流，使之跟踪主电路输入电压，实现高PF 控制。电流环的设计思路是通过补偿电路的合理设计，增加其响应速度，同时确保系统的稳定运行。

　　无补偿电路时，电流环由PWM 比较器和功率级组成，开环传递函数表达式为：

　　电流开环传递函数的伯德图如图5 中H 曲线所示，电流环带宽很窄，且高频噪声得不到很好的抑制。为此，通过低频处设置零点，提高低频增益，增加带宽；同时，在高频处设置极点，抑制开关噪音。设计的补偿电路开环传递函数为：

　　为此，选取合适的截止频率，设定零点频率以及极点频率，使系统的相位裕度在45°以上，同时兼顾使电流环满足高增益和大带宽设计需求。设定截止频率为 6.65 kHz ，零点频率为4.5 kHz ，极点频率为46 kHz ，相位裕度为48°，加入补偿电路后电流环传递函数的伯德图如图5 中N 曲线所示，加入补偿后的电流环在低频处，系统带宽较大；在高频处，开关噪声获得了较好的衰减；此外，系统相位裕度超过45°，能够实现系统的稳定运行。

　　图5 补偿前、后电流环传递函数的伯德图

　　4 系统仿真和实验测试

　　基于Saber 仿真软件对系统进行仿真研究，Boost PFC AC/DC 变换器主要参数为：电感L=500 μH，输出电容Co=990 μH，开关频率fs=133 kHz ，电网频率fin=50 Hz ，R16=510 kΩ，R17=10 kΩ，R4=160 Ω，R5=0.01 Ω，其他参数通过前述的设计流程获得。在输入电压有效值为140 V和220 V 时，分别对系统仿真和实验测试，仿真结果如图6 所示，实验测试波形如图7 所示。

　　图6 输入电压、电流和输出电压动态

　　图7 Boost PFC AC/DC 变换器实测动态

　　系统仿真和实研测试结果表明：设计的Boost PFC AC/DC 变换器能够在宽的输入电压范围内获得稳定的直流输出电压，同