功率因數較正(PFC)的幾個(gè)問(wèn)題

4 幾種基本模式的特點(diǎn)

⑴ DCM模式

儲能電感里電流不連續導通，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，所以能夠實(shí)現輸入電流的正弦化。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。即當開(kāi)關(guān)管導通前，流過(guò)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(kāi)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計。所以，一般用在輸出100W以下的電路中，適合電子鎮流器等小功率的場(chǎng)合。

⑵ CRM模式

儲能電感里電流臨界導通，如圖6（b）所示。

在控制芯片中設有電感電流過(guò)零檢測電路，以保證電感里能量釋放完后，開(kāi)關(guān)管才導通。所以，同樣對升壓二極管的反向恢復時(shí)間要求不高。但是它需要簡(jiǎn)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(guò)程度不同而已，故適應的負載范圍也差不多。

⑶ CCM模式

儲能電感里電流是連續的，如圖6（c）所示。

最大特點(diǎn)是儲能電感里電流變化量小。在開(kāi)關(guān)管截止后，電感開(kāi)始釋放能量，一般設計是在電流只減少20%就停止，開(kāi)關(guān)管導通再蓄能。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。相應的缺點(diǎn)是，需要乘法器來(lái)完成輸入電流的正弦波化，故控制芯片復雜成本高。另外，最大的缺點(diǎn)是在開(kāi)關(guān)管導通、升壓二極管要轉入截止時(shí)，由于電感里的電流只減少了20%，故還有相當大的電流流過(guò)升壓二極管，在二極管內存儲了反向電荷，這些電荷的釋放產(chǎn)生的反向恢復電流，不但造成二極管和開(kāi)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(shí)有效率問(wèn)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。當采用一般的MOS-FET和快恢復二極管時(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(kāi)關(guān)管K之間，當K關(guān)斷時(shí)，電感L里的能量釋放，D導通給C充電和給負載提供能量。這時(shí)有正向電流IF流過(guò)D。當K導通給L儲能時(shí)，D被反偏。理想的二極管應該立刻關(guān)斷，只剩下漏電流。但由于D在正向電流流過(guò)時(shí)，內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)形成反向恢復電流Irr，如圖7所示。要把這些反向恢復電荷Qrr都釋放完畢，該二極管才能夠截止。該釋放時(shí)間就是反向恢復時(shí)間trr。不要小看二極管這幾十nS的反向恢復時(shí)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.。

快恢復二極管指標中一般都標出trr，有的同時(shí)標出Qrr。但是不同的廠(chǎng)家測試條件不同，所以不能夠直接比較。只能夠通過(guò)測量來(lái)進(jìn)行比較?，F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特性。

7 新的技術(shù)動(dòng)向

⑴ 采用交錯并聯(lián)PFC技術(shù)

該技術(shù)采用兩套電路其驅動(dòng)脈沖相隔180°互補工作，輸出端通過(guò)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的強度減半，便于輸入濾波器的設計。

② 輸出紋波的頻率加倍、峰值減半,在沒(méi)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，因為EMI的處理是開(kāi)關(guān)電源設計中最棘手的問(wèn)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

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