教你如何選擇最優(yōu)的190W纖薄PFC電源段方案

大多數(shù)功率因數(shù)校正(PFC)電源段采用臨界導(dǎo)電模式(CrM)工作，這種模式控制電感電流從零躍升至期望的峰值電平，然后又降至零。由于這種模式依賴于電流周期的時長，故開關(guān)頻率以交流線路電流需求的函數(shù)形式變化。不利的是，功率需求較低時，從交流線路流入的電流較小，開關(guān)頻率“飆升”。這樣一來，采用大電感就是將開關(guān)損耗和干擾降到可接受水平的唯一方式。

頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM)是安森美半導(dǎo)體NCP1606或NCP1631等控制器嵌入的一種技術(shù)。采用這種模式工作時，在高負(fù)載條件下，功率因數(shù)校正段以CrM工作，但在中等負(fù)載/輕載條件下( )，限制開關(guān)頻率以提升能效。與傳統(tǒng)CrM電路相比，F(xiàn)CCrM支持使用更小的電感。實際上，交錯式FCCrMPFC似乎進(jìn)一步縮減了磁性元件的尺寸及成本。這些優(yōu)勢在190W低高度電源中得以展現(xiàn)。

本文基本技術(shù)上進(jìn)一步推進(jìn)研究，在相同的190W寬主電源輸入范圍、最大厚度13mm的應(yīng)用中探究總體PFC成本問題。

電感考慮事項表1提出了主要結(jié)論。由于FCCrM鉗位開關(guān)頻率，就不需要大電感來拉低CrM開關(guān)頻率范圍。因此，F(xiàn)CCrM大幅減小PFC段電感尺寸，采用交錯式FCCrM方案時尤為如此。事實上，如表1所述，可以選擇下述磁性元件用于190W(輸入功率)、寬主電源范圍、最大厚度13 mm的電視應(yīng)用：

?CrM方案：兩個EFD30串聯(lián)

?FCCrM方案：單個EFD30

?交錯式FCCrM方案：兩個EFD20(每個支路一個)

橫向比較

下一步，為了比較不同方案，我們以300W的46英寸液晶電視電源參考板作實驗來比較這三種PFC方案。此參考板由安森美半導(dǎo)體開發(fā)，嵌入了由NCP1631驅(qū)動的FCCrM交錯式PFC。我們利用這電路板來比較我們190 W應(yīng)用的三種方案。由于本應(yīng)用中集成的電感與表1中定義的電感不同(本應(yīng)用中原線圈尺寸針對的是300 W功率)，首要修改此應(yīng)用，確保能夠使用2個EFD20元件。第二步， 動態(tài)地調(diào)節(jié)電路，測試CrM和FCCrM單相方案。就每項測試而言，PFC段的設(shè)計要使得三種方案的能效保持在接近相同的水平。

在圖1中，我們可以看到采用調(diào)整后的交錯式配置的電路板，這可從兩個“飛跨”(flying)電感得到證實;圖2顯示的則是如何應(yīng)用CrM控制器，而非原有的NCP1631交錯式驅(qū)動器。

各種方案參數(shù)對比

不同的方案中，電感并不必然是唯一需要修改的元件。PFC段必須根據(jù)所測試的方案來調(diào)整。表2小結(jié)了構(gòu)建這三種方案使用的經(jīng)過了實際測試驗證的主要設(shè)計指引。

交錯式PFC包含兩個支路，每個支路各傳輸總功率的50%。因此，這種方案采用的元器件數(shù)量更多，但尺寸更小。為了簡單起見，這里就不具體的交錯式設(shè)計準(zhǔn)則。但如參考資料[5]中所詳細(xì)介紹的，交錯式技術(shù)能夠優(yōu)化下列元器件：

-功率MOSFET：在每個支路，MOSFET均方根(rms)電流僅為單相CrM或FCCrM PFC段中使用的11A MOSFET的電流的一半。兩顆5A MOSFET替代了11A MOSFET。

-升壓二極管：同樣，每個支路的升壓二極管傳輸?shù)碾娏魇强傠娏鞯囊话搿Ｒ虼?，各個支路就有可能使用較小的MUR160。

-大電容：交錯式方案迫使兩個支路異相(out-of-phase)工作，旨在大幅降低大電容的均方根電流(降至0.8A而非1.3A)。這樣，就可能使用2個39μF/450V電容，而非3個。