為電源設計選擇適合的功率因數(shù)校正電路結構

2004年4月B版

　　以往，大多數(shù)D類設備電源都使用某種形式的有源功率因數(shù)校正(PFC)電路來獲得最高的功率因數(shù)。這是因為原來的D類設備包括了幾乎所有采用75~600W電源的電子設備。現(xiàn)在，新法規(guī)規(guī)定D類設備僅包括個人計算機、PC監(jiān)視器和電視接收機等。這意味著對于許多原來屬于D類的設備，電源能否達到高功率因數(shù)已經(jīng)不再是關鍵性的要求。在許多情況下，對于更寬松的A類諧波含量要求，特別是250W以下的情況，可以避免采用有源功率因數(shù)校正方法。

　　例如，在以前的D類法規(guī)中，180W的電源僅允許0.765A的三次諧波。而對于同樣的設備，A類要求的允許值提高到2.3A，是原來的三倍。這一變化使得電源不再需要復雜且昂貴的單級和雙級有源功率因數(shù)校正電路，設計人員可以利用簡單的無源濾波器來滿足要求(參看表1和2)。這一變化促使電源設計人員更細致地考察所有可用的功率因數(shù)校正電路結構。

無源PFC技術

　　無源功率因數(shù)校正電路(圖2)采用低頻濾波器元件來減少諧波。這種方法通常可滿足功率在250W以下的企業(yè)網(wǎng)(EN)A類設備法規(guī)要求，與采用有源功率因數(shù)校正技術的開關電源相比，成本則要低得多。更少的元件數(shù)量以及不再使用有源開關和控制電路也意味著更高的可靠性以及更小的尺寸。同時，與有源電路相比，無源濾波器的效率損失也較低。

　　無源功率因數(shù)校正技術的缺點是功率因數(shù)通常僅可達到0.60~0.70，而且與有源結構不同，無源結構需要電壓倍增電路才能在高于150W的電源中使用。如果設計中需要考慮維持足夠的保持時間的話，還需要一個較大的電容器。

　　當選用無源PFC技術時，設計人員需要考慮到大多數(shù)無源濾波器是針對滿足在給定輸入功率水平(典型公差為20%)情況下的A類諧波要求而設計的。這樣，通過兩個電源并聯(lián)來提高或加倍系統(tǒng)功率的作法就行不通了，因為兩個或更多電源所吸入的電流會使諧波增加超出EN要求。幸運的是，仍然可通過并聯(lián)的方式來提供一種電源冗余工作模式，由兩個或更多個電源共擔負載并且仍然滿足標準要求，條件是系統(tǒng)消耗的總功率不能超過單個電源的額定功率值。

雙級有源PFC技術

　　大多數(shù)雙級PFC設計都采用了如圖3所示的升壓變換器結構。該技術的優(yōu)點包括高功率因數(shù)(典型值可大于0.98)、總諧波失真低(THD典型值小于5%)以及可實現(xiàn)自動寬范圍交流工作。高穩(wěn)壓總線電壓(400V直流)允許采用較小的電容來獲得所需要的保持時間，以及更高效的進行下變換器設計。

　　有源PFC變換器的缺點是需要成本更高也更復雜的有源電路，典型的效率損失為5~10%，同時為了平衡功耗和所產(chǎn)生的EMI，尺寸會變得更大。另一個缺點是應用于采用DC/DC、中間總線結構(IBA)或負載點(POL)變換器的分布式電源結構(DPA)中時，系統(tǒng)會有三或四級，從而影響到效率和總成本。盡管如此，在250W以上的大功率應用中，有源PFC仍然是最好的結構選擇。

　　規(guī)定諧波失真的EN61001-3-2標準已頒布以及分布式電源結構(DPA)越來越流行，這兩個因素相結合正在改變OEM電源制造商對于功率因數(shù)校正的看法?？梢酝ㄟ^探索和實現(xiàn)現(xiàn)有以及新興的技術來提高開關電源(SMPS)設計的可靠性、性能和成本效率?！?