交流跳周模式如何提高PFC輕負(fù)載的效率？

對(duì)于輸入功率大于或等于75瓦的電源來(lái)說(shuō)，通常需要使用功率因數(shù)校正 (PFC)。功率因數(shù)校正可強(qiáng)制輸入電流隨輸入電壓的變化而發(fā)生變化，這樣的話(huà)，任何電氣負(fù)載對(duì)于為其供電的電壓源來(lái)說(shuō)都表現(xiàn)為一個(gè)電阻。這一點(diǎn)對(duì)于很多服務(wù)器、電信和工業(yè)應(yīng)用是必須滿(mǎn)足的要求。在這些應(yīng)用中，對(duì)于能效和電能質(zhì)量的要求已經(jīng)變得越來(lái)越嚴(yán)格。評(píng)判PFC性能的最重要標(biāo)準(zhǔn)是效率，總諧波失真 (THD)，和功率因數(shù) (PF)。借助于全新半導(dǎo)體器件和控制方法，最新式的PFC電路已經(jīng)在中度和重度負(fù)載情況下實(shí)現(xiàn)了極佳性能。然而，在輕負(fù)載條件下，效率，THD和PF性能?chē)?yán)重降低。

圖表1中顯示的是一個(gè)典型PFC效率曲線(xiàn)。需要注意的是，輕負(fù)載時(shí)效率變得越來(lái)越低。這是因?yàn)樵谳p負(fù)載時(shí)，半導(dǎo)體元件的開(kāi)關(guān)損耗、驅(qū)動(dòng)損耗和反向恢復(fù)損耗成為影響效率的主要因素。同時(shí)，PFC有可能從連續(xù)傳導(dǎo)模式 (CCM) 轉(zhuǎn)換為斷續(xù)傳導(dǎo)模式 (DCM)，這一轉(zhuǎn)換使得轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)性能突然發(fā)生變化 ，并且電流環(huán)帶寬大大減少。減小的電流反饋信號(hào)也使得對(duì)電路的控制變得十分困難。因此，電流波形的THD增加（圖表2）。本文提出一個(gè)在PFC進(jìn)入輕負(fù)載條件下時(shí)增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中，當(dāng)負(fù)載被減少到小于預(yù)定的閥值時(shí)，PFC進(jìn)入一個(gè)特殊的突發(fā)模式。在這個(gè)模式下，根據(jù)負(fù)載的大小，PFC會(huì)跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)交流周期。換句話(huà)說(shuō)，PFC會(huì)在一個(gè)或多個(gè)交流周期內(nèi)關(guān)閉，而在下一個(gè)交流周期到來(lái)時(shí)重新打開(kāi)。打開(kāi)/關(guān)閉情況出現(xiàn)在交流零交叉點(diǎn)上，這樣的話(huà)就跳過(guò)了整個(gè)交流周期。此外，由于PFC打開(kāi)/關(guān)閉出現(xiàn)在電流為零的時(shí)候，所以產(chǎn)生的應(yīng)力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會(huì)更小。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)脈寬調(diào)制 (PWM) 脈沖跳躍突發(fā)模式不同；在這種模式下，PWM脈沖被隨機(jī)跳過(guò)。

將被跳過(guò)的交流周期數(shù)量與負(fù)載成反比。如果負(fù)載持續(xù)減少到閥值以下，將會(huì)有更多的交流周期被跳過(guò)。

按照負(fù)載與將被跳過(guò)的周期數(shù)量之間的關(guān)系可生成一張查詢(xún)表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)時(shí)可跳過(guò)的最大交流周期數(shù)量。圖表3顯示了在不同負(fù)載下跳過(guò)的四個(gè)不同數(shù)量的交流周期。一旦 PFC關(guān)閉，開(kāi)關(guān)損耗、驅(qū)動(dòng)損耗和反向恢復(fù)損耗全部減少為零，并且功率損耗只是PFC待機(jī)功率。由于電流為零，THD為零。當(dāng)PFC打開(kāi)時(shí)，它傳送的功率大于輕負(fù)載條件下所需要的功率，這是因?yàn)樗枰獙?duì)關(guān)閉期間的功率進(jìn)行補(bǔ)償。由于現(xiàn)在PFC在中度負(fù)載中運(yùn)行或者完全關(guān)閉以跳過(guò)交流周期，輕負(fù)載效率被增加，而THD被減少。