开关电源中的PFC技术,旨在降低电网谐波污染,控制输入电流波形跟随输入电压的形状和相位,使负载从输入端看过去呈阻性。但是,传统的Boost PFC拓扑结构性能难以满足现代大功率、高性能、高功率密度电源产品的品质需求。近年来,第三代半导体材料GaN的出现使图腾柱无桥PFC技术成为了当前的研究热点。本文针对GaN功率器件特性和图腾柱无桥PFC固有的过零点电流失真问题,提出了一种改进的控制策略,能够进一步降低谐波失真,提升系统效率。首先,本文分析了图腾柱无桥PFC相对于其他无桥PFC的性能优势,指出传统图腾柱无桥PFC使用的Si MOSFET存在寄生体二极管反向恢复特性,会造成开关损耗和传导损耗的问题,即传统图腾柱PFC只能工作在断续导通模式或临界导通模式。为了使图腾柱无桥PFC变换器能够稳定工作在连续导通模式,变换器的高频桥臂采用GaN功率开关器件作为主开关管避免体二极管反向恢复问题;低频桥臂采用Si MOSFET进行同步整流。然后,本文针对图腾柱变换器固有的在输入交流电压过零点附近存在输入电流脉冲尖峰的问题,设计了一种死区控制加双极控制的新型控制方案。其中,死区控制结合高频桥臂开关管软启动来避免低频桥臂输出电容来不及反向恢复而导致电流脉冲尖峰的现象;双极控制可以解决因过零点桥臂占空比限制而导致的输入电流不受控,造成畸变的问题。本文对改进方案进行Simulink电路仿真,相比于传统控制方案,改进方案能有效减少电流谐波畸变和电磁干扰,提升系统的效率和PF值。接下来,本文针对GaN器件特有的高频干扰问题,分析了其开关损耗和寄生参数,提出采用数字隔离驱动的方案,并在PWM信号输入侧加入负压偏置和RC滤波来提升电压瞬变抗扰度。最后,本文给出了图腾柱无桥PFC变换器样机的软硬件设计方案,详细分析了关键点位器件选型、芯片选型、采样电路设计,并阐述了基于CCS3.3集成开发环境的DSP软件设计开发和调试过程。实验结果证明,本文设计的1k W图腾柱无桥PFC变换器可以稳定工作在连续导通模式且输入电流在输入电压过零点附近无明显脉冲尖峰。实验样机在满载条件下,当工作频率为100k Hz,输出功率为1k W时功率因数最高可达到0.99;在110V输入条件下系统满载峰值效率可达到97.3%;在220V输入条件下系统满载峰值效率可达到98.2%。实测结果表明,采用本文控制策略的总谐波失真最低值为2.91%,相比于同等规格其他控制策略下降了21.35%。