大多數(shù)功率因數(shù)校正（PFC" title="PFC">PFC）電源" title="電源">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(shí)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(shí)，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(shí)，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（見參考資料［1］）。實(shí)際上,，交錯(cuò)式FCCrM PFC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(jìn)一步推進(jìn)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(xiàng)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(cuò)式FCCrM方案時(shí)尤為如此,。事實(shí)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(gè)EFD30串聯(lián)

　　•FCCrM方案：單個(gè)EFD30

　　•交錯(cuò)式FCCrM方案：兩個(gè)EFD20（每個(gè)支路一個(gè)）

　　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(shí)驗(yàn)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（見參考資料［3］）驅(qū)動(dòng)的FCCrM交錯(cuò)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(gè)EFD20元件。第二步,， 動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)電路,，測試CrM和FCCrM單相方案。就每項(xiàng)測試而言,，PFC段的設(shè)計(jì)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(cuò)式配置的電路板,，這可從兩個(gè)“飛跨”（flying）電感得到證實(shí)；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(cuò)式驅(qū)動(dòng)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(shí)際測試驗(yàn)證的主要設(shè)計(jì)指引,。

　　交錯(cuò)式PFC包含兩個(gè)支路,，每個(gè)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(cuò)式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,。但如參考資料［5］中所詳細(xì)介紹的，交錯(cuò)式技術(shù)能夠優(yōu)化下列元器件：

　　-功率MOSFET：在每個(gè)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(gè)支路的升壓二極管傳輸?shù)碾娏魇强傠娏鞯囊话?。因此,，各個(gè)支路就有可能使用較小的MUR160。

　　-大電容：交錯(cuò)式方案迫使兩個(gè)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(gè)39 µF/450 V電容,，而非3個(gè),。

　　-電磁干擾（EMI）濾波器：交錯(cuò)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(cuò)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?yàn)樗鼈冊谥刎?fù)載條件下采用相同方式工作,，器件的參數(shù)也是針對重負(fù)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(gè)200 µH EFD30線圈,，而非兩個(gè)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(dòng)（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(fù)用了參考板中使用的NCP1631交錯(cuò)式FCCrM控制器,，只是簡單地關(guān)閉驅(qū)動(dòng)第二個(gè)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(jì)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(jì)差別推算成本優(yōu)劣勢，可以看出交錯(cuò)式方案是性價(jià)比" title="性價(jià)比">性價(jià)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(gè)EFD30電感

　　-FCCrM交錯(cuò)式方案也減小磁性元件（使用兩個(gè)EFD20而非兩個(gè)EFD30）,， 但進(jìn)一步節(jié)省一個(gè)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(jì)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(fèi)市場的成本結(jié)構(gòu),，可以粗略估計(jì)出交錯(cuò)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(cuò)式方案總體上更便宜,，盡管用于驅(qū)動(dòng)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(hù),、待機(jī)管理功能,，或在大電壓不是額定值時(shí)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(jìn)一步增強(qiáng)FCCrM單相及交錯(cuò)式方案的成本優(yōu)勢,。

　　結(jié)論

　　雖然通常人們認(rèn)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(cuò)式方案實(shí)際上是我們所舉190 W應(yīng)用性價(jià)比最高的方案,。當(dāng)我們仔細(xì)考慮其特別優(yōu)勢時(shí),，這個(gè)結(jié)論完全不奇怪,。交錯(cuò)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(jià)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

　?。?］ 《減小電感尺寸,，設(shè)計(jì)纖薄的PFC段》，《電子設(shè)計(jì)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

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

　?。?］ 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

　?。?］ “交錯(cuò)式PFC特性”，應(yīng)用注釋AND8355,，http://www.onsemi.cn/pub/Collateral/AND8355-D.PDF