大多數(shù)功率因數(shù)校正(PFC)電源段采用臨界導電模式(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,。

　　頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)是安森美半導體NCP1606或NCP1631等控制器嵌入的一種技術(shù)。采用這種模式工作時,，在高負載條件下,，功率因數(shù)校正段以CrM工作,，但在中等負載/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(見參考資料[1])。實際上,，交錯式FCCrM PFC似乎進一步縮減了磁性元件的尺寸及成本,。這些優(yōu)勢在190 W低高度電源中得以展現(xiàn),。

　　本文在參考資料[1]所示文章基礎(chǔ)上進一步推進研究,，在相同的190 W寬主電源輸入范圍、最大厚度13 mm的應(yīng)用中探究總體PFC成本問題,。

　　電感考慮事項表1重提了參考資料[1]的主要結(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190 W(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300 W的46英寸液晶電視電源參考板(見參考資料[2])作實驗來比較這三種PFC方案,。此參考板由安森美半導體開發(fā)，嵌入了由NCP1631(見參考資料[3])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(即NCP1607,，見參考資料[4]),，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)計準則,。但如參考資料[5]中所詳細介紹的，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11 A MOSFET的電流的一半,。兩顆5 A MOSFET替代了11 A 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?。因此，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0.8 A而非1.3 A)。這樣,，就可能使用2個39 µF/450 V電容,，而非3個。

　　-電磁干擾(EMI)濾波器：交錯式方案也削弱了電流紋波,。例如,，根據(jù)參考資料[5]所示，在典型寬主電源電壓應(yīng)用中,，峰值到峰值紋波在0至60%之間變化,。減小的紋波簡化了差模濾波。如圖3所示,，交錯式PFC采用了10 µH電感來通過EN55022規(guī)范,，而單相CrM(或FCCrM) PFC要求使用50 µH差模線圈。

       FCCrM與CrM單相方案采用幾乎相同的功率元器件,，因為它們在重負載條件下采用相同方式工作,，器件的參數(shù)也是針對重負載條件工作而選定的。但如前所述，F(xiàn)CCrM方案中使用的電感尺寸更小,。(單FCCrM方案段中)使用了單個200  µH EFD30線圈,，而非兩個串聯(lián)的200 µH EFD30線圈。顯而易見的是,，控制器也變了,。CrM方案采用NCP1607驅(qū)動(見參考資料[4])。為了方便起見,，沒有使 用特別控制器來測試FCCrM單相方案,，相反，我們復用了參考板中使用的NCP1631交錯式FCCrM控制器,，只是簡單地關(guān)閉驅(qū)動第二個支路的輸出,，從而獲得單相FCCrM工作。

      小結(jié)

　　表3小結(jié)了三種方案的設(shè)計差別,，其中根據(jù)所選擇的方案列舉了可能選擇的主要元器件,，其中包括控制器(單相方案中采用了專用FCCrM控制器NCP1605而非NCP1631)。根據(jù)這些設(shè)計差別推算成本優(yōu)劣勢,，可以看出交錯式方案是性價比最高的方案。單相FCCrM是成本第二低的方案,，而傳統(tǒng)CrM方案成本最高,！如果以CrM方案作為參照，其它方案提供的優(yōu)勢小結(jié)如下(見表1)：

　　表3-FCCrM單相方案少用一個EFD30電感

　　-FCCrM交錯式方案也減小磁性元件(使用兩個EFD20而非兩個EFD30),， 但進一步節(jié)省一個39 µF/450 V電容,，從而能夠使用較小的差模扼流圈，并采用更小,、更便宜的MOSFET及升壓二極管工作,。

　　計算出精確的成本優(yōu)勢很困難。但是,，仍然以CrM方案作為參照,，并顧及(大批量)消費市場的成本結(jié)構(gòu)，可以粗略估計出交錯式PFC方案具有0.5美元的成本優(yōu)勢,，而(單相式)FCCrM的成本優(yōu)勢減半,。

　　FCCrM單相及交錯式方案總體上更便宜，盡管用于驅(qū)動它們的控制器(分別是NCP1605和NCP1631)成本更高,。這兩款I(lǐng)C集成了比NCP1607 CrM控制器更多的功能,，如輸入欠壓保護、待機管理功能,，或在大電壓不是額定值時關(guān)閉下行轉(zhuǎn)換器的“pfcOK”信號,。這些額外特性能夠幫助最終應(yīng)用節(jié)省元器件，因此進一步增強FCCrM單相及交錯式方案的成本優(yōu)勢,。

　　結(jié)論

　　雖然通常人們認為單相CrM方案是200 W及以下功率應(yīng)用最便宜的PFC方案,，但本文的研究顯示,，F(xiàn)CCrM交錯式方案實際上是我們所舉190 W應(yīng)用性價比最高的方案。當我們仔細考慮其特別優(yōu)勢時,，這個結(jié)論完全不奇怪,。交錯式方案要求更多的元器件，但它們尺寸更小,，成本更低,。此外，輸入及輸出電流紋波減小也支持使用更廉價的EMI濾波器及大電容,。最后,，F(xiàn)CCrM工作大幅減小電感尺寸，這種特性使得單相FCCrM方案優(yōu)于單相CrM方案,。顯而易見的是,，這些研究結(jié)論尤為適用于低高度(<13 mm)裝置，但在元器件選擇靈活度更高的其它應(yīng)用中仍然適用,。

　　參考資料

　　[1] 《減小電感尺寸,，設(shè)計纖薄的PFC段》，《電子設(shè)計技術(shù)》2010年9月刊,， http://article.ednchina.com/Other/Reduce_the_inductor_size_the_design_of_the_PFC_power_supply_section_of_thin.htm

　　[2] 參考設(shè)計,，http://www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/TND401-D.PDF

　　[3] NCP1631數(shù)據(jù)表，http://www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/NCP1631-D.PDF

　　[4] NCP1607數(shù)據(jù)表,，http://www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/NCP1607-D.PDF

　　[5] “交錯式PFC特性”,，應(yīng)用注釋AND8355，http://www.onsemi.cn/pub/Collateral/AND8355-D.PDF