功率因數(shù)較正(PFC)的幾個(gè)問題

4 幾種基本模式的特點(diǎn)

⑴ DCM模式

儲(chǔ)能電感里電流不連續(xù)導(dǎo)通，如圖6（a）所示。

其優(yōu)點(diǎn)是，電感里的電流幅度能夠自動(dòng)跟蹤輸入電壓，所以能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電流的正弦化。只需要輸出電壓的一個(gè)反饋環(huán)路，所以控制芯片成本低。而且由于電感里的電流每次都降到零，能量全部釋放光。即當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通前，流過升壓二極管的電流已經(jīng)為零，不存在反向存儲(chǔ)電荷，所以對(duì)該二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高。

缺點(diǎn)是，同樣輸出功率時(shí)這種模式的開關(guān)管峰流最大；儲(chǔ)能電感里的高頻電流幅值亦大，使電感的損耗比較大；另外，它的工作頻率是隨輸入電壓和負(fù)載而變化的，不利于輸入濾波器的設(shè)計(jì)。所以，一般用在輸出100W以下的電路中，適合電子鎮(zhèn)流器等小功率的場(chǎng)合。

⑵ CRM模式

儲(chǔ)能電感里電流臨界導(dǎo)通，如圖6（b）所示。

在控制芯片中設(shè)有電感電流過零檢測(cè)電路，以保證電感里能量釋放完后，開關(guān)管才導(dǎo)通。所以，同樣對(duì)升壓二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高。但是它需要簡單乘法器才能夠保證輸入電流的正弦波化。DCM的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)它都有，只不過程度不同而已，故適應(yīng)的負(fù)載范圍也差不多。

⑶ CCM模式

儲(chǔ)能電感里電流是連續(xù)的，如圖6（c）所示。

最大特點(diǎn)是儲(chǔ)能電感里電流變化量小。在開關(guān)管截止后，電感開始釋放能量，一般設(shè)計(jì)是在電流只減少20%就停止，開關(guān)管導(dǎo)通再蓄能。所以，同樣輸出功率這種模式儲(chǔ)能電感里的高頻損失最小，適合做大功率。相應(yīng)的缺點(diǎn)是，需要乘法器來完成輸入電流的正弦波化，故控制芯片復(fù)雜成本高。另外，最大的缺點(diǎn)是在開關(guān)管導(dǎo)通、升壓二極管要轉(zhuǎn)入截止時(shí)，由于電感里的電流只減少了20%，故還有相當(dāng)大的電流流過升壓二極管，在二極管內(nèi)存儲(chǔ)了反向電荷，這些電荷的釋放產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流，不但造成二極管和開關(guān)管的損耗而且形成了EMI干擾。因此對(duì)該二極管的反向恢復(fù)特性要求很高。

5 功率的分配

PFC電路輸出的功率由兩部分組成：一部分由市電整流后的饅頭波直接提供，另一部分是由Boost電路產(chǎn)生的補(bǔ)償波形部分。由于后者在產(chǎn)生時(shí)有效率問題，所以這部分所占的比例越多，總效率就越低。而PFC電路輸出電壓是穩(wěn)壓的，因此輸入電壓越低總效率也越低。

比如輸出400V/1A時(shí)，輸入電壓為220V時(shí)Boost電路產(chǎn)生的功率為89W。當(dāng)采用一般的MOS-FET和快恢復(fù)二極管時(shí)效率為94%～95%。而輸入電壓為110V時(shí)，如果還輸出400V，Boost電路產(chǎn)生的功率就要提高到245W，效率就只有91%～92%了。所以輸入電壓不同，PFC電路的元器件的選用是不一樣的。

6 升壓二極管的選用

PFC的設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的就是升壓二極管D的選擇。它接在濾波輸出電容C和開關(guān)管K之間，當(dāng)K關(guān)斷時(shí)，電感L里的能量釋放，D導(dǎo)通給C充電和給負(fù)載提供能量。這時(shí)有正向電流IF流過D。當(dāng)K導(dǎo)通給L儲(chǔ)能時(shí)，D被反偏。理想的二極管應(yīng)該立刻關(guān)斷，只剩下漏電流。但由于D在正向電流流過時(shí)，內(nèi)部存在由載流子形成的電荷Qrr，反偏時(shí)它們不能馬上消失，而反向流動(dòng)形成反向恢復(fù)電流Irr，如圖7所示。要把這些反向恢復(fù)電荷Qrr都釋放完畢，該二極管才能夠截止。該釋放時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間trr。不要小看二極管這幾十nS的反向恢復(fù)時(shí)間，它對(duì)PFC等在高頻工作的電路造成的干擾、損耗是決不能忽視的.。

快恢復(fù)二極管指標(biāo)中一般都標(biāo)出trr，有的同時(shí)標(biāo)出Qrr。但是不同的廠家測(cè)試條件不同，所以不能夠直接比較。只能夠通過測(cè)量來進(jìn)行比較?，F(xiàn)在有這種成品的trr、Qrr測(cè)試儀器；亦可用方波發(fā)生器配合高頻示波器測(cè)量二極管的電流波形，直接顯示其反向恢復(fù)特性。

7 新的技術(shù)動(dòng)向

⑴ 采用交錯(cuò)并聯(lián)PFC技術(shù)

該技術(shù)采用兩套電路其驅(qū)動(dòng)脈沖相隔180°互補(bǔ)工作，輸出端通過升壓二極管并聯(lián)。其優(yōu)點(diǎn)如下。

① 輸入電流的頻率加倍、峰值減半，使EMI的強(qiáng)度減半，便于輸入濾波器的設(shè)計(jì)。

② 輸出紋波的頻率加倍、峰值減半,在沒有輸出電壓保持時(shí)間（一般為20mS）的要求時(shí)，輸

出濾波電容的容量可以減半。

③ 儲(chǔ)能電感的電感量減半，總效率最多可以提高半個(gè)百分點(diǎn)。

以上第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是最重要的，因?yàn)镋MI的處理是開關(guān)電源設(shè)計(jì)中最棘手的問題。

由于交錯(cuò)并聯(lián)PFC技術(shù)的優(yōu)越性，已經(jīng)有多家IC公司（如TI（德州）、安森美、仙童）推出相應(yīng)的控制芯片，如TI推出的UCC28060、UCC28070等可以用于CRM及CCM電路模式。這種交錯(cuò)并聯(lián)PFC技術(shù)尤其適合大功率輸出。

⑵ 采用COOLMOS

由于它的導(dǎo)通電阻比同級(jí)其他管子要小，所以導(dǎo)通損耗小。比如英飛凌的第三代SPP20N60C3，耐壓是650V， 20A導(dǎo)通電阻為0.16Ω，而相應(yīng)的IXYS公司的IXTH20N60是600V ，20A其導(dǎo)通電阻為0.35Ω，相差一倍多。所以導(dǎo)通損耗明顯減小。