交流跳周模式提高了PFC輕負載效率

對于輸入功率大于或等于75瓦的電源來說，通常需要使用功率因數(shù)校正 (PFC)。功率因數(shù)校正可強制輸入電流隨輸入電壓的變化而發(fā)生變化，這樣的話，任何電氣負載對于為其供電的電壓源來說都表現(xiàn)為一個電阻。這一點對于很多服務器、電信和工業(yè)應用是必須滿足的要求。在這些應用中，對于能效和電能質量的要求已經(jīng)變得越來越嚴格。評判PFC性能的最重要標準是效率，總諧波失真 (THD)，和功率因數(shù) (PF)。借助于全新半導體器件和控制方法，最新式的PFC電路已經(jīng)在中度和重度負載情況下實現(xiàn)了極佳性能。然而，在輕負載條件下，效率，THD和PF性能嚴重降低。

圖表1中顯示的是一個典型PFC效率曲線。需要注意的是，輕負載時效率變得越來越低。這是因為在輕負載時，半導體元件的開關損耗、驅動損耗和反向恢復損耗成為影響效率的主要因素。同時，PFC有可能從連續(xù)傳導模式 (CCM) 轉換為斷續(xù)傳導模式 (DCM)，這一轉換使得轉換器動態(tài)性能突然發(fā)生變化，并且電流環(huán)帶寬大大減少。減小的電流反饋信號也使得對電路的控制變得十分困難。因此，電流波形的THD增加(圖表2)。本文提出一個在PFC進入輕負載條件下時增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中，當負載被減少到小于預定的閥值時，PFC進入一個特殊的突發(fā)模式。在這個模式下，根據(jù)負載的大小，PFC會跳過一個或多個交流周期。換句話說，PFC會在一個或多個交流周期內關閉，而在下一個交流周期到來時重新打開。打開/關閉情況出現(xiàn)在交流零交叉點上，這樣的話就跳過了整個交流周期。此外，由于PFC打開/關閉出現(xiàn)在電流為零的時候，所以產生的應力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會更小。這一點與傳統(tǒng)脈寬調制 (PWM) 脈沖跳躍突發(fā)模式不同;在這種模式下，PWM脈沖被隨機跳過。

將被跳過的交流周期數(shù)量與負載成反比。如果負載持續(xù)減少到閥值以下，將會有更多的交流周期被跳過。

圖表1.典型PFC效率曲線示例

圖表2.典型PFCTHD曲線示例

按照負載與將被跳過的周期數(shù)量之間的關系可生成一張查詢表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內時可跳過的最大交流周期數(shù)量。圖表3顯示了在不同負載下跳過的四個不同數(shù)量的交流周期。一旦PFC關閉，開關損耗、驅動損耗和反向恢復損耗全部減少為零，并且功率損耗只是PFC待機功率。由于電流為零，THD為零。當PFC打開時，它傳送的功率大于輕負載條件下所需要的功率，這是因為它需要對關閉期間的

圖表3.不同負載下被跳過的交流周期數(shù)量典型PFC效率曲線示例

功率進行補償。由于現(xiàn)在PFC在中度負載中運行或者完全關閉以跳過交流周期，輕負載效率被增加，而THD被減少。圖表4和5顯示了這一特殊突發(fā)模式所帶來的效率和THD方面的改進。

需要注意的是，當PFC關閉來跳躍交流周期時，需要將電流環(huán)路和電壓環(huán)路凍結。否則的話，這些環(huán)路中的積分器發(fā)生累積，在PFC重新打開時生成一個較大的PWM脈沖，這個脈沖會導致一個很大的電流尖峰。

為了確定PFC是否進入輕負載狀態(tài)，需要監(jiān)視負載信息。正常情況下，在PFC輸出上沒有電流傳感器，所以無法直接測量輸出負載。然而，在VIN固定時，PFC電壓環(huán)路輸出與負載成比例。因此，環(huán)路輸出可大體上用作一個指示器，確定PFC是否運行在輕負載條件下。

如果需要跳過精確數(shù)量的交流周期才能將輸出電壓紋波保持在額定范圍內，那么就需要準確的負載信息。由于電路中有一個測量PFC電流環(huán)路穩(wěn)壓輸入電流的電流分流器，那么就可以測量PFC的輸入功率。輸入電流和電壓可由模數(shù)轉換器 (ADC) 進行監(jiān)視，然后這些轉換器可被用來計算實際的輸入功率。這些準確的輸入功率信息可被用來精確地調節(jié)將被跳過的交流周期的數(shù)量。

圖表4.效率比較

圖表5.THD比較