引言
隨著減小諧波標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用,，更多的電源設(shè)計(jì)結(jié)合了功率因數(shù)校正 (PFC) 功能。設(shè)計(jì)人員面對(duì)著實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腜FC段,，并同時(shí)滿(mǎn)足其它高效能標(biāo)準(zhǔn)的要求及客戶(hù)預(yù)期成本的艱巨任務(wù),。許多新型PFC拓?fù)?/a>和元件選擇的涌現(xiàn)，有助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化其特定應(yīng)用要求的設(shè)計(jì),。
由于有源PFC設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)人員以最少的精力滿(mǎn)足高效能規(guī)范的要求,，因此在近年來(lái)取得了好的發(fā)展。通過(guò)簡(jiǎn)化主功率轉(zhuǎn)換段的設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)目,，包括用于通用操作的波段轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和若干占用電容,，此設(shè)計(jì)也附帶了一些優(yōu)勢(shì)。
拓?fù)溥x擇
由于輸入端存在電感,，升壓轉(zhuǎn)換器是提供達(dá)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(lái)控制電感電流的瞬時(shí)值,，以獲得功率因數(shù)校正。圖1為這些方案的簡(jiǎn)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(jì)較為簡(jiǎn)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(lái),，此方法獲創(chuàng)新的改進(jìn)，提升了效率,，MC33260 PFC 控制器提供跟隨升壓選項(xiàng),，通過(guò)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(zhuān)為CRM和DCM應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(guò)濾的可變頻率和接近零交叉的高開(kāi)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(diǎn)，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(fù)擔(dān),。降低開(kāi)關(guān)頻率的另一大優(yōu)點(diǎn)是有助降低輕載或空載功耗,，以滿(mǎn)足各種高能效標(biāo)準(zhǔn)。NCP1601 [3] 具有專(zhuān)利控制架構(gòu),，通過(guò)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(jiǎn)單且有效 - 110 Vac 和滿(mǎn)載時(shí)的功率因數(shù)超過(guò)0.99且效率高達(dá) 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(gè)環(huán)路,，以及以不精確著稱(chēng)的模擬乘法器,，并需在控制集成電路周?chē)旁S多元件。隨著NCP1653(簡(jiǎn)單且穩(wěn)固的8引腳CCM PFC控制器)的推出,，此方案得以簡(jiǎn)化,。NCP1653并提供全套保護(hù)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(shí)的THD為4 %，效率高達(dá)93%),。
圖3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300W 應(yīng)用
選擇標(biāo)準(zhǔn)
既然實(shí)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(jiǎn)要的指南,，幫助設(shè)計(jì)人員選擇適合的方案,。詳細(xì)指南可參閱安森美半導(dǎo)體的PFC 手冊(cè)。
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(mǎn)載效率(請(qǐng)采用CRM),；而如欲減少EMI問(wèn)題(請(qǐng)選擇DCM),。如上所述，NCP1601提供集兩種方案優(yōu)點(diǎn)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(wèn)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(jì)人員的磁件設(shè)計(jì)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(wèn)題已獲解決,。
2. 其它系統(tǒng)要求
拓?fù)涞倪x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(gè)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(yán)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(yǔ)
設(shè)計(jì)人員可試驗(yàn)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(jì)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(jī)構(gòu)日益加強(qiáng)能源監(jiān)管的參與力度以及全球化步伐進(jìn)一步加快，將有越來(lái)越多的系統(tǒng)需采用PFC電路,。在此情況下,，設(shè)計(jì)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(xiàn)
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(huì)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。