交错并联图腾柱无桥PFC电路的工作原理

1. 电路概述

交错并联图腾柱无桥PFC是一种高效的功率因数校正电路，通过交替控制开关管的导通与关闭，实现电感的充放电，以达到平滑输入电流，提高功率因数的目的。电路的关键元件包括：

电感 (L1, L2): 储存和释放能量。

开关管 (Q1, Q2, Q3, Q4): 快速切换电流路径。

续流管 (S1, S2): 慢速开关，用于提供电流的续流路径。

滤波电容 (Co): 平滑输出电压。

下面我们将详细分析该电路在正半轴和负半轴的8种工作模态，并解释各模态下电流的具体路径。

正半轴工作模态

工作模态1：

电流从电源经过L1和Q1，经过负载，再通过Q4回到地，路径为 电源 → L1 → Q1 → 负载 → Q4 → 地，从而对滤波电容Co充电。

电流从电源经过S2，流经L2进入地，路径为 电源 → S2 → L2 → 地。

L2充能，电流呈上升趋势。

电感L1中的能量通过Q1流向负载，电流从L1 → Q1 → 负载 → Q4 → 地。

由于L1释放能量，电流呈下降趋势。

L1释放能量:

L2充能:

Co充电:

导通状态: Q1, Q4, S2导通。

电流路径:

工作模态2：

电流路径为 电源 → L1 → Q1 → 负载 → Q3 → 地，从而对Co充电。

电感L2中的能量通过S2流回电源，路径为 L2 → S2 → 电源。

电流呈下降趋势。

电感L1中的能量通过Q1流向负载，电流路径为 L1 → Q1 → 负载 → Q3 → 地。

电流呈下降趋势。

L1释放能量:

L2释放能量:

Co充电:

导通状态: Q1, Q3, S2导通。

电流路径:

工作模态3：

电流路径为 电源 → L1 → Q2 → 负载 → Q3 → 地，从而对Co充电。

电感L2中的能量通过S2流回电源，路径为 L2 → S2 → 电源。

电流呈下降趋势。

电流从电源经过S2和Q2，流经L1进入地，路径为 电源 → S2 → Q2 → L1 → 地。

电流呈上升趋势。

L1充能:

L2释放能量:

Co充电:

导通状态: Q2, Q3, S2导通。

电流路径:

工作模态4：

电流路径为 Co → 负载 → Q4 → 地，Co对负载放电。

电流从电源经过S2，流经L2进入地，路径为 电源 → S2 → L2 → 地。

电流呈上升趋势。

电流从电源经过S2和Q2，流经L1进入地，路径为 电源 → S2 → Q2 → L1 → 地。

电流呈上升趋势。

L1充能:

L2充能:

Co放电:

导通状态: Q2, Q4, S2导通。

电流路径:

负半轴工作模态

工作模态5：

电流路径为 电源 → L1 → Q2 → 负载 → Q3 → 地，从而对Co充电。

电流从电源经过S1和Q3，流经L2进入地，路径为 电源 → S1 → Q3 → L2 → 地。

电流呈上升趋势。

电感L1中的能量通过Q2流向负载，电流路径为 L1 → Q2 → 负载 → Q3 → 地。

电流呈下降趋势。

L1释放能量:

L2充能:

Co充电:

导通状态: Q2, Q3, S1导通。

电流路径:

工作模态6：

电流路径为 电源 → L1 → Q2 → 负载 → Q4 → 地，从而对Co充电。

电感L2中的能量通过S1流回电源，路径为 L2 → S1 → 电源。

电流呈下降趋势。

电感L1中的能量通过Q2流向负载，电流路径为 L1 → Q2 → 负载 → Q4 → 地。

电流呈下降趋势。

L1释放能量:

L2释放能量:

Co充电:

导通状态: Q2, Q4, S1导通。

电流路径:

工作模态7：

电流路径为 电源 → L1 → Q4 → 负载 → Q1 → 地，从而对Co充电。

电感L2中的能量通过S1流回电源，路径为 L2 → S1 → 电源。

电流呈下降趋势。

电流从电源经过S1和Q4，流经L1进入地，路径为 电源 → S1 → Q4 → L1 → 地。

电流呈上升趋势。

L1充能:

L2释放能量:

Co充电:

导通状态: Q1, Q4, S1导通。

电流路径:

工作模态8：

电流路径为 Co → 负载 → Q1 → 地，Co对负载放电。

电流从电源经过S1和Q3，流经L2进入地，路径为 电源 → S1 → Q3 → L2 → 地。

电流呈上升趋势。

电流从电源经过S1和Q3，流经L1进入地，路径为 电源 → S1 → Q3 → L1 → 地。

电流呈上升趋势。

L1充能:

L2充能:

Co放电:

导通状态: Q1, Q3, S1导通。

电流路径:

关键点说明

在开关管（MOSFET）关闭时，如果需要电流反向流动，电流会通过开关管的体二极管（寄生二极管）流动，提供一个低压降的路径。

续流管提供了电感能量释放的路径，使电流不会被突然截断，从而避免电感电流的过大变化，保持电路的平滑运行。

电感的充电和放电取决于电流流向和开关状态。在一个模态中，如果电流方向支持能量流入电感，则电感充能；如果电流从电感流出，则电感放电。

滤波电容在每个模态中会平滑输出电压，提供稳定的直流电源。它的充放电状态决定了能量是否被存储或释放给负载。

电流路径中的体二极管:

续流管（S1, S2）的作用:

电感的充放电:

滤波电容（Co）的作用:

总结

通过这8种工作模态，交错并联图腾柱无桥PFC电路能够高效地进行功率因数校正。每个模态下电感的充放电过程都能确保电流路径的合理性和能量的有效转换，从而保证电路的平滑运行和高效能量转换。