電源設(shè)計(jì)功率因數(shù)校正（PFC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

　　引言

　　隨著減小諧波標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用，更多的電源設(shè)計(jì)結(jié)合了功率因數(shù)校正 (PFC) 功能。設(shè)計(jì)人員面對(duì)著實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/PFC">PFC段，并同時(shí)滿足其它高效能標(biāo)準(zhǔn)的要求及客戶預(yù)期成本的艱巨任務(wù)。許多新型PFC選擇的涌現(xiàn)，有助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化其特定應(yīng)用要求的設(shè)計(jì)。

　　由于有源PFC設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)人員以最少的精力滿足高效能規(guī)范的要求，因此在近年來取得了好的發(fā)展。通過簡(jiǎn)化主功率轉(zhuǎn)換段的設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)目，包括用于通用操作的波段轉(zhuǎn)換開關(guān)和若干占用電容，此設(shè)計(jì)也附帶了一些優(yōu)勢(shì)。

　　選擇

　　由于輸入端存在電感，升壓轉(zhuǎn)換器是提供達(dá)至高功率因數(shù)的方法。此電感使輸入電流整形與線路電壓同相。但是，可以采用不同的方案來控制電感電流的瞬時(shí)值，以獲得功率因數(shù)校正。圖1為這些方案的簡(jiǎn)要概述。

　　圖1 PFC工作模式概述

　　a. 臨界導(dǎo)電模式 (CRM) PFC - 由于控制的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而且可與較低速升壓二極管配合使用，所以在較低功率應(yīng)用中通常采用這方法。近年來，此方法獲創(chuàng)新的改進(jìn)，提升了效率，MC33260 PFC 控制器提供跟隨升壓選項(xiàng)，通過使升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓隨著線路電壓的變化而變化，降低了33%的 MOSFET 導(dǎo)電損耗，減小了43%的升壓電感尺寸。此外，專為CRM和DCM應(yīng)用而設(shè)計(jì)的升壓二極管可提供更佳的正向壓降(MUR450, MUR550)。然而，CRM PFC仍受到一些限制，如較難過濾的可變頻率和接近零交叉的高開關(guān)頻率。

　　b. 不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM) PFC -此創(chuàng)新的方案延承了CRM的優(yōu)點(diǎn)，并消除了若干限制，安森美半導(dǎo)體的NCP1601 DCM/CRM控制器便是一例。此器件可完全在DCM中工作并保持恒頻，也可以部分在CRM模式中工作。在第二種情況下，峰值電流與CRM維持在同一水平，但最高頻率明顯降低，減輕了濾波負(fù)擔(dān)。降低開關(guān)頻率的另一大優(yōu)點(diǎn)是有助降低輕載或空載功耗，以滿足各種高能效標(biāo)準(zhǔn)。NCP1601 [3] 具有專利控制架構(gòu)，通過模式轉(zhuǎn)換保持PFC，提供比其它方法更為卓越的性能。圖2顯示了NCP1601A在100 W中的應(yīng)用，這種方法簡(jiǎn)單且有效 - 110 Vac 和滿載時(shí)的功率因數(shù)超過0.99且效率高達(dá) 94%。

　　圖2 NCP1601A DCM PFC 控制器用于100 W 應(yīng)用圖3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300 W應(yīng)用

　　c. 連續(xù)導(dǎo)電模式 (CCM) PFC - 由于這種方案恒頻且峰值電流較小，是較高功率 (>250 W) 應(yīng)用的首選方案。但是，傳統(tǒng)的控制解決方案較為復(fù)雜，牽涉到多個(gè)環(huán)路，以及以不精確著稱的模擬乘法器，并需在控制集成電路周圍放許多元件。隨著NCP1653(簡(jiǎn)單且穩(wěn)固的8引腳CCM PFC控制器)的推出，此方案得以簡(jiǎn)化。NCP1653并提供全套保護(hù)特性和跟隨升壓功能。如圖3所示，雖然NCP1653所需元件極少，但其性能卻并不比任何CCM 控制器遜色 (110 Vac, 300 W 時(shí)的THD為4 %，效率高達(dá)93%)。

　　圖3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300W 應(yīng)用