功率因數(shù)較正(PFC)的幾個問題

4 幾種基本模式的特點

⑴ DCM模式

儲能電感里電流不連續(xù)導(dǎo)通，如圖6（a）所示。

其優(yōu)點是，電感里的電流幅度能夠自動跟蹤輸入電壓，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，不存在反向存儲電荷，所以對該二極管的反向恢復(fù)時間要求不高。

缺點是，同樣輸出功率時這種模式的開關(guān)管峰流最大；儲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載而變化的，不利于輸入濾波器的設(shè)計。所以，一般用在輸出100W以下的電路中，適合電子鎮(zhèn)流器等小功率的場合。

⑵ CRM模式

儲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，同樣對升壓二極管的反向恢復(fù)時間要求不高。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)點和缺點它都有，只不過程度不同而已，故適應(yīng)的負載范圍也差不多。

⑶ CCM模式

儲能電感里電流是連續(xù)的，如圖6（c）所示。

最大特點是儲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能電感里的高頻損失最小，適合做大功率。相應(yīng)的缺點是，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，最大的缺點是在開關(guān)管導(dǎo)通、升壓二極管要轉(zhuǎn)入截止時，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)生的補償波形部分。由于后者在產(chǎn)生時有效率問題，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，輸入電壓為220V時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)二極管時效率為94%～95%。而輸入電壓為110V時，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，電感L里的能量釋放，D導(dǎo)通給C充電和給負載提供能量。這時有正向電流IF流過D。當(dāng)K導(dǎo)通給L儲能時，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，內(nèi)部存在由載流子形成的電荷Qrr，反偏時它們不能馬上消失，而反向流動形成反向恢復(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。該釋放時間就是反向恢復(fù)時間trr。不要小看二極管這幾十nS的反向恢復(fù)時間，它對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，有的同時標(biāo)出Qrr。但是不同的廠家測試條件不同，所以不能夠直接比較。只能夠通過測量來進行比較?，F(xiàn)在有這種成品的trr、Qrr測試儀器；亦可用方波發(fā)生器配合高頻示波器測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)動向

⑴ 采用交錯并聯(lián)PFC技術(shù)

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

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

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

出濾波電容的容量可以減半。

③ 儲能電感的電感量減半，總效率最多可以提高半個百分點。

以上第一個優(yōu)點是最重要的，因為EMI的處理是開關(guān)電源設(shè)計中最棘手的問題。

由于交錯并聯(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。