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(lái)說(shuō)，通常需要使用功率因數校正 (PFC)。功率因數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(huà)，任何電氣負載對于為其供電的電壓源來(lái)說(shuō)都表現為一個(gè)電阻。這一點(diǎn)對于很多服務(wù)器、電信和工業(yè)應用是必須滿(mǎn)足的要求。在這些應用中，對于能效和電能質(zhì)量的要求已經(jīng)變得越來(lái)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 (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(shí)現了極佳性能。然而，在輕負載條件下，效率，THD和PF性能?chē)乐亟档汀?/p>本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201809/388266.htm

圖表1中顯示的是一個(gè)典型PFC效率曲線(xiàn)。需要注意的是，輕負載時(shí)效率變得越來(lái)越低。這是因為在輕負載時(shí)，半導體元件的開(kāi)關(guān)損耗、驅動(dòng)損耗和反向恢復損耗成為影響效率的主要因素。同時(shí)，PFC有可能從連續傳導模式 (CCM) 轉換為斷續傳導模式 (DCM)，這一轉換使得轉換器動(dòng)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(gè)在PFC進(jìn)入輕負載條件下時(shí)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(shí)，PFC進(jìn)入一個(gè)特殊的突發(fā)模式。在這個(gè)模式下，根據負載的大小，PFC會(huì )跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)交流周期。換句話(huà)說(shuō)，PFC會(huì )在一個(gè)或多個(gè)交流周期內關(guān)閉，而在下一個(gè)交流周期到來(lái)時(shí)重新打開(kāi)。打開(kāi)/關(guān)閉情況出現在交流零交叉點(diǎn)上，這樣的話(huà)就跳過(guò)了整個(gè)交流周期。此外，由于PFC打開(kāi)/關(guān)閉出現在電流為零的時(shí)候，所以產(chǎn)生的應力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會(huì )更小。這一點(diǎn)與傳統脈寬調制 (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(guò)。

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

圖表1.典型PFC效率曲線(xiàn)示例

圖表2.典型PFCTHD曲線(xiàn)示例

按照負載與將被跳過(guò)的周期數量之間的關(guān)系可生成一張查詢(xún)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(shí)可跳過(guò)的最大交流周期數量。圖表3顯示了在不同負載下跳過(guò)的四個(gè)不同數量的交流周期。一旦PFC關(guān)閉，開(kāi)關(guān)損耗、驅動(dòng)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(kāi)時(shí)，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(guān)閉期間的

圖表3.不同負載下被跳過(guò)的交流周期數量典型PFC效率曲線(xiàn)示例

功率進(jìn)行補償。由于現在PFC在中度負載中運行或者完全關(guān)閉以跳過(guò)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(lái)的效率和THD方面的改進(jìn)。

需要注意的是，當PFC關(guān)閉來(lái)跳躍交流周期時(shí)，需要將電流環(huán)路和電壓環(huán)路凍結。否則的話(huà)，這些環(huán)路中的積分器發(fā)生累積，在PFC重新打開(kāi)時(shí)生成一個(gè)較大的PWM脈沖，這個(gè)脈沖會(huì )導致一個(gè)很大的電流尖峰。

為了確定PFC是否進(jìn)入輕負載狀態(tài)，需要監視負載信息。正常情況下，在PFC輸出上沒(méi)有電流傳感器，所以無(wú)法直接測量輸出負載。然而，在VIN固定時(shí)，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(gè)指示器，確定PFC是否運行在輕負載條件下。

如果需要跳過(guò)精確數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(gè)測量PFC電流環(huán)路穩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轉換器 (ADC) 進(jìn)行監視，然后這些轉換器可被用來(lái)計算實(shí)際的輸入功率。這些準確的輸入功率信息可被用來(lái)精確地調節將被跳過(guò)的交流周期的數量。

圖表4.效率比較

圖表5.THD比較