引言
隨著減小諧波標準的廣泛應(yīng)用，更多的電源設(shè)計結(jié)合了功率因數(shù)校正 (PFC) 功能,。設(shè)計人員面對著實現(xiàn)適當(dāng)?shù)腜FC段,，并同時滿足其它高效能標準的要求及客戶預(yù)期成本的艱巨任務(wù)。許多新型PFC拓撲和元件選擇的涌現(xiàn),，有助設(shè)計人員優(yōu)化其特定應(yīng)用要求的設(shè)計,。
由于有源PFC設(shè)計可以讓設(shè)計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,。通過簡化主功率轉(zhuǎn)換段的設(shè)計和減少元件數(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)計也附帶了一些優(yōu)勢,。
拓撲選擇
由于輸入端存在電感,，升壓轉(zhuǎn)換器是提供達至高功率因數(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值,，以獲得功率因數(shù)校正。圖1為這些方案的簡要概述,。
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)計較為簡單,，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，提升了效率,，MC33260 PFC 控制器提供跟隨升壓選項,，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,，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，減輕了濾波負擔(dān),。降低開關(guān)頻率的另一大優(yōu)點是有助降低輕載或空載功耗,，以滿足各種高能效標準。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,，這種方法簡單且有效 - 110 Vac 和滿載時的功率因數(shù)超過0.99且效率高達 94%,。
圖2 NCP1601A DCM PFC 控制器用于100 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(簡單且穩(wěn)固的8引腳CCM PFC控制器)的推出，此方案得以簡化,。NCP1653并提供全套保護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 時的THD為4 %,，效率高達93%)。
圖3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300W 應(yīng)用
選擇標準
既然實行功率因數(shù)校正有多種新興方案可供選擇,，那么應(yīng)該如何決定選擇哪種方案呢,？ 以下是簡要的指南，幫助設(shè)計人員選擇適合的方案,。詳細指南可參閱安森美半導(dǎo)體的PFC 手冊,。
1. 功率水平
a. 如果功率水平低于150 W，最好采用CRM或DCM方案,。至於__CRM或DCM，取決于你是想優(yōu)化滿載效率(請采用CRM),；而如欲減少EMI問題(請選擇DCM),。如上所述，NCP1601提供集兩種方案優(yōu)點于一身的極佳選擇方案,。
b. 如功率水平高于250 W,，CCM是首選方案。此方案雖然可保持峰值電流和RMS電流,，但必須解決二極管反向恢復(fù)問題,。
c. 如功率水平在150 W與250 W之間，方案的選擇則取決于設(shè)計人員的磁件設(shè)計水平(CRM和DCM方案的升壓電感更具挑戰(zhàn)性),，但CCM方案雖然較為昂貴,，但較有把握。隨著NCP1653的推出,，成本問題已獲解決,。
2. 其它系統(tǒng)要求
拓撲的選擇還取決于其它系統(tǒng)要求。例如,，如果需要使系統(tǒng)中的頻率同步,，則不能采用CRM。此外,，如果第二個功率段可處理較大范圍(在某些功率序列安排中可能需要)的輸入電壓,，則應(yīng)選擇跟隨升壓,。最后，如果電源的輸出電壓未有嚴格規(guī)定,，則最好采用NCP1651提供的單段隔離PFC解決方案,。
結(jié)語
設(shè)計人員可試驗各種功率因數(shù)校正方案，以選擇適合其應(yīng)用的最佳方案,。利用易用的設(shè)計工具可以快速順利地完成此任務(wù),。隨著世界各地監(jiān)管機構(gòu)日益加強能源監(jiān)管的參與力度以及全球化步伐進一步加快，將有越來越多的系統(tǒng)需采用PFC電路,。在此情況下,，設(shè)計人員必須熟悉各種可選方案，以選擇最適合其應(yīng)用的方案,。
參考文獻
1. Olivier Meilhon, Kristie Valdez, Dhaval Dalal, Power factor correction handbook, HBD853/D Rev. 2, Aug 2004, http://www.onsemi.com/pub/Collateral/ HBD853-D.PDF
2. O. Meilhon, "Computer Design Aid greatly simplifies the design of Power Factor Converters", 2005年3月PCIM-China會上發(fā)布/出版,。
3. Joel Turchi, "A Novel Scheme for Current Shaping Circuits Yields Unity Power Factor in Fixed Frequency and Discontinuous Conduction Mode", PCIM Europe。