功率因数校正拓扑选择

时间:2008-07-03 09:34来源:世纪电源网

摘要:除满足不断演变的电源工作效率及待机模式的低能耗标准外,越来越多的电源还必须结合功率因数校正(PFC)技术来同时满足谐波抑制标准的要求。有源PFC使设计师不用费力就可满足对电源规范的要求,所以近年变得普及。有源PFC还简化了主电源转换段的设计、减少了元器件数,包括为实现全球通用电源的输入电压转换元件及...

除满足不断演变的电源工作效率及待机模式的低能耗标准外,越来越多的电源还必须结合功率因数校正(PFC)技术来同时满足谐波抑制标准的要求。有源PFC使设计师不用费力就可满足对电源规范的要求,所以近年变得普及。有源PFC还简化了主电源转换段的设计、减少了元器件数,包括为实现全球通用电源的输入电压转换元件及若干输出维持电容。但设计师仍必须在各有优劣的若干工作模式中进行选择。如下一些建议有助你选出最佳的PFC器件以优化设计。

拓扑的选择

因电感放在输入端,所以升压转换器自然成为实现高功率因数的一种方法。电感可将输入电流规整得与输入线电压同相。但有不同的方法来控制电感电流的瞬态值以实现功率因数校正:

连续导电模式 (CCM)PFC因其更低的峰值电流及频率恒定特性,为大于250 W应用提供最佳的方案。虽然该方法存在二极管恢复问题,但其峰值和有效值电流是受限的。传统控制方案一直相当复杂,要涉及多回路、声名狼藉的不精准模拟乘法器,且控制电路需要许多元件。但诸如安森美半导体(ON Semiconductor)的NCP1654等新器件以简单的8引脚封装提供全部所需的功能且只需最少外部元件。欲了解CCM PFC的更多信息,见《采用设计CCM PFC段的四个关键步骤》一文。

临界导电模式 (CrM)PFC因其控制简单,是小于150 W应用的首选之一。特别是针对CrM和DCM两类应用的升压二极管的出现(如MUR450和MUR550),CrM PFC还可与更低速升压二极管匹配工作以提供更好的正向压降。但CrM PFC的确受到一些限制,如难以滤除的频率变化及接近零交叉的很高开关频率。在小于150 W时,当主要目标是优化满载效率时,CrM 是最佳选择。在150 W到250 W之间的应用,CrM提供需要一些磁设计技术的替代方案,但通常比CCM经济。

诸如安森美半导体的NCP1606等新器件具有强健的保护特性,易于使用,并减少IC所需外围元件。欲了解CrM PFC的更多信息,见《工作在临界导电模式下的功率因数校正》一文。

钳频临界导电模式 (FCCrM)PFC是功率到250 W应用的一种选择。它完美地集非连续导电模式(DCM)和CrM模式的优点于一身。它以CrM在接近输入电压峰值、重载下工作规避了一般伴随着DCM的高峰值电流。另一方面,在接近零交叉、轻载下,它又回复DCM,从而具有低开关频率范围、轻载损耗更低, EMI也更低。诸如安森美半导体的NCP1605等新器件提供了FCCrM工作的理想控制方法且还为与下行转换器工作保有了排序及其它接口功能。欲了解DCM PFC的更多信息,见《带功率因数校正的宽输入电压19 V/8 A输出电源》一文。

系统标准

选择功率因数校正拓扑时,还需考虑其它系统要求。例如,系统内若需频率同步,则CRM就不在考虑之列。另外,若第二功率段可处理宽输入电压范围(在一些功率排序安排中会有这种需要),则跟随升压方案会派上用场。最后,若并没严格规定电源的输出电压,则可能会鼓励采用单段的隔离PFC方案(诸如NCP1651)。

结论

鉴于规范机构越来越多地参与能源管控以及迅捷的全球化步伐,PFC会继续渗入到越来越多的系统中。在这样情况下,电源设计师将不得不熟知这些可用的方案并为其应用选出最合适的PFC器件。

 

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