選擇最優(yōu)的190W纖薄PFC電源段方案

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 ?F/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，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 ?H電感來通過EN55022規(guī)范，而單相CrM(或FCCrM) PFC要求使用50 uH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(cè)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(duì)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 ?H EFD30線圈，而非兩個(gè)串聯(lián)的200 ?H 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)。為了方便起見，沒有使用特別控制器來測(cè)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(shì)，可以看出交錯(cuò)式方案是性價(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(shì)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 ?F/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(shì)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(shì)，而(單相式)FCCrM的成本優(yōu)勢(shì)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(hào)。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(shì)。

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(shì)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。