淺談如何實現(xiàn)開關(guān)頻率控制、負(fù)載和線路電壓優(yōu)化

　　圖6 – NCP1612評估板在230 V、160 W條件下接近線路過零點時的工作。MOSFET漏極-源極電壓為紅色跡線，而藍(lán)色跡線代表的是MOSFET電流。

　　CCFF使寬負(fù)載條件下的能效曲線變得更平坦

　　我們基于NCP1611評估板進(jìn)行了測試（見參考資料［3］）。這電路板是纖薄（厚度低于13 mm） PFC段，其設(shè)計旨在寬交流線路條件下提供160 W功率，如圖7所示。

　　此電路板的設(shè)計旨在采用CCFF工作。然而，通過迫使高于2.5 V時的線路電流信號表征來關(guān)閉CCFF頻率反走特性，此電路板也可以輕易地采用CrM工作。此外，通過防止線路信號表征下降至低于0.75 V，也可以關(guān)閉CCFF工作本身具有的跳周期能力。最后，這種多用性也支持測試三種模式：CrM、CCFF及關(guān)閉跳周期的CCFF，提供極佳的相互比較，因為它們在相同的應(yīng)用中工作，且使用相同的外部元器件。這樣一來，就可以精確地比較這三種模式。

　　公平地比較也要求在有可能實現(xiàn)更好的定制方案時避免過大地影響某種模式的配置。但若每種模式都相同，便可能使其中某種模式不恰當(dāng)?shù)靥幱诓焕匚?。此電路的設(shè)計要么采用自供電，要么采用外部電壓源供電。出于能效測量起見，第二種方案更宜采用，因為自供電方案中應(yīng)用電荷泵來為VCC供電的能耗與開關(guān)頻率成正比。采用自供電方案將會大幅影響輕載CrM能效。例如，測量結(jié)果顯示，在高線路電壓、20%負(fù)載時，此電荷泵可能會降低CrM能效達(dá)1%，但它不會顯著影響CCFF性能。

　　當(dāng)PFC段插電時，會出現(xiàn)大電流給大電容充電。此電路板包含NTC來限制浪涌電流。此NTC已經(jīng)被短路，用于測量能效。

　　圖8顯示了大功率范圍（從5%負(fù)載到100%負(fù)載）內(nèi)低線路及高線路電壓時的能效比。右側(cè)的 CCFF能效曲線類似于傳統(tǒng)CrM PFC段。在左側(cè)的圖中，由于開關(guān)損耗的緣故，能效正常下降，直到一個拐點，此時能效又上升，這是CCFF工作的結(jié)果。如前所述，當(dāng)線路電流低于預(yù)設(shè)值時，CCFF使開關(guān)頻率作為瞬時線路電流的函數(shù)來線性下降。CCFF閾值設(shè)定為約低線路電壓時最大線路電流的20%，及高線路電壓時最大線路電流的近 45%，這可以從圖8中所觀察到的拐點得到印證。

　　要提醒一下的是，CCFF以瞬時線路電流的函數(shù)形式工作：當(dāng)線路電流的信號表征（由 FFcontrol引腳產(chǎn)生）低于2.5 V時，電路降低開關(guān)頻率。這就是接近線路過零點時的案例，而無論這是負(fù)載多大。因此，開關(guān)頻率在線路正弦波最小值時下降，即使是在重負(fù)載條件下。這就是大負(fù)載時能效也提升了的原因，最少是在高線路電壓條件時就是如此，此時CCFF的影響更大，因為線路電流較小。

　　當(dāng)瞬時線路電流要變得極小時（在我們的應(yīng)用中為低于最大電流電平的約5%，見參考資料［1］），電路進(jìn)入跳周期模式。換句話說，在功率轉(zhuǎn)換成為低效的瞬間，電路停止工作。與不含跳周期功能的CCFF工作相比，跳周期模式進(jìn)一步提升了輕載能效（高線路電壓時約提升2%，滿載時約提升5%）。

　　從更普遍的意義上講，圖8顯示出CCFF在低線路電壓條件下低于20%負(fù)載時大幅提升能效，而在230 V高線路電壓條件下低于50%負(fù)載時開始顯現(xiàn)其優(yōu)勢。

　　應(yīng)該注意的是，總諧波失真（THD）受跳周期模式功能的影響。即使總諧波失真相對較低，但在要提供優(yōu)異THD性能時，應(yīng)當(dāng)禁止使用跳周期模式。可以參見NCP1611/2評估板有關(guān)功率因數(shù)及THD的數(shù)據(jù)。