交錯并聯圖騰柱無橋PFC電路的工作原理

1. 電路概述

交錯并聯圖騰柱無橋PFC是一種高效的功率因數校正電路，通過交替控制開關管的導通與關閉，實現電感的充放電，以達到平滑輸入電流，提高功率因數的目的。電路的關鍵元件包括：

電感 (L1, L2): 儲存和釋放能量。

開關管 (Q1, Q2, Q3, Q4): 快速切換電流路徑。

續(xù)流管 (S1, S2): 慢速開關，用于提供電流的續(xù)流路徑。

濾波電容 (Co): 平滑輸出電壓。

下面我們將詳細分析該電路在正半軸和負半軸的8種工作模態(tài)，并解釋各模態(tài)下電流的具體路徑。

正半軸工作模態(tài)

工作模態(tài)1：

電流從電源經過L1和Q1，經過負載，再通過Q4回到地，路徑為 電源 → L1 → Q1 → 負載 → Q4 → 地，從而對濾波電容Co充電。

電流從電源經過S2，流經L2進入地，路徑為 電源 → S2 → L2 → 地。

L2充能，電流呈上升趨勢。

電感L1中的能量通過Q1流向負載，電流從L1 → Q1 → 負載 → Q4 → 地。

由于L1釋放能量，電流呈下降趨勢。

L1釋放能量:

L2充能:

Co充電:

導通狀態(tài): Q1, Q4, S2導通。

電流路徑:

工作模態(tài)2：

電流路徑為 電源 → L1 → Q1 → 負載 → Q3 → 地，從而對Co充電。

電感L2中的能量通過S2流回電源，路徑為 L2 → S2 → 電源。

電流呈下降趨勢。

電感L1中的能量通過Q1流向負載，電流路徑為 L1 → Q1 → 負載 → Q3 → 地。

電流呈下降趨勢。

L1釋放能量:

L2釋放能量:

Co充電:

導通狀態(tài): Q1, Q3, S2導通。

電流路徑:

工作模態(tài)3：

電流路徑為 電源 → L1 → Q2 → 負載 → Q3 → 地，從而對Co充電。

電感L2中的能量通過S2流回電源，路徑為 L2 → S2 → 電源。

電流呈下降趨勢。

電流從電源經過S2和Q2，流經L1進入地，路徑為 電源 → S2 → Q2 → L1 → 地。

電流呈上升趨勢。

L1充能:

L2釋放能量:

Co充電:

導通狀態(tài): Q2, Q3, S2導通。

電流路徑:

工作模態(tài)4：

電流路徑為 Co → 負載 → Q4 → 地，Co對負載放電。

電流從電源經過S2，流經L2進入地，路徑為 電源 → S2 → L2 → 地。

電流呈上升趨勢。

電流從電源經過S2和Q2，流經L1進入地，路徑為 電源 → S2 → Q2 → L1 → 地。

電流呈上升趨勢。

L1充能:

L2充能:

Co放電:

導通狀態(tài): Q2, Q4, S2導通。

電流路徑:

負半軸工作模態(tài)

工作模態(tài)5：

電流路徑為 電源 → L1 → Q2 → 負載 → Q3 → 地，從而對Co充電。

電流從電源經過S1和Q3，流經L2進入地，路徑為 電源 → S1 → Q3 → L2 → 地。

電流呈上升趨勢。

電感L1中的能量通過Q2流向負載，電流路徑為 L1 → Q2 → 負載 → Q3 → 地。

電流呈下降趨勢。

L1釋放能量:

L2充能:

Co充電:

導通狀態(tài): Q2, Q3, S1導通。

電流路徑:

工作模態(tài)6：

電流路徑為 電源 → L1 → Q2 → 負載 → Q4 → 地，從而對Co充電。

電感L2中的能量通過S1流回電源，路徑為 L2 → S1 → 電源。

電流呈下降趨勢。

電感L1中的能量通過Q2流向負載，電流路徑為 L1 → Q2 → 負載 → Q4 → 地。

電流呈下降趨勢。

L1釋放能量:

L2釋放能量:

Co充電:

導通狀態(tài): Q2, Q4, S1導通。

電流路徑:

工作模態(tài)7：

電流路徑為 電源 → L1 → Q4 → 負載 → Q1 → 地，從而對Co充電。

電感L2中的能量通過S1流回電源，路徑為 L2 → S1 → 電源。

電流呈下降趨勢。

電流從電源經過S1和Q4，流經L1進入地，路徑為 電源 → S1 → Q4 → L1 → 地。

電流呈上升趨勢。

L1充能:

L2釋放能量:

Co充電:

導通狀態(tài): Q1, Q4, S1導通。

電流路徑:

工作模態(tài)8：

電流路徑為 Co → 負載 → Q1 → 地，Co對負載放電。

電流從電源經過S1和Q3，流經L2進入地，路徑為 電源 → S1 → Q3 → L2 → 地。

電流呈上升趨勢。

電流從電源經過S1和Q3，流經L1進入地，路徑為 電源 → S1 → Q3 → L1 → 地。

電流呈上升趨勢。

L1充能:

L2充能:

Co放電:

導通狀態(tài): Q1, Q3, S1導通。

電流路徑:

關鍵點說明

在開關管（MOSFET）關閉時，如果需要電流反向流動，電流會通過開關管的體二極管（寄生二極管）流動，提供一個低壓降的路徑。

續(xù)流管提供了電感能量釋放的路徑，使電流不會被突然截斷，從而避免電感電流的過大變化，保持電路的平滑運行。

電感的充電和放電取決于電流流向和開關狀態(tài)。在一個模態(tài)中，如果電流方向支持能量流入電感，則電感充能；如果電流從電感流出，則電感放電。

濾波電容在每個模態(tài)中會平滑輸出電壓，提供穩(wěn)定的直流電源。它的充放電狀態(tài)決定了能量是否被存儲或釋放給負載。

電流路徑中的體二極管:

續(xù)流管（S1, S2）的作用:

電感的充放電:

濾波電容（Co）的作用:

總結

通過這8種工作模態(tài)，交錯并聯圖騰柱無橋PFC電路能夠高效地進行功率因數校正。每個模態(tài)下電感的充放電過程都能確保電流路徑的合理性和能量的有效轉換，從而保證電路的平滑運行和高效能量轉換。