pfc電路分類

開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失， 此時便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

被動式PFC一般分“電感補償式”和“填谷電路式（Valley Fill Circuit）” “電感補償方法”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù)，被動式PFC包括靜音式被動PFC和非靜音式被動PFC。被動式PFC的功率因數(shù)只能達到0.7～0.8，它一般在高壓濾波電容附近。 “

填谷電路式”屬于一種新型無源功率因數(shù)校正電路，其特點是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導(dǎo)通角，通過填平谷點，使輸入電流從尖峰脈沖變?yōu)榻咏谡也ǖ牟ㄐ?，將功率因?shù)提高到0.9左右，顯著降低總諧波失真。與傳統(tǒng)的電感式無源功率因數(shù) 校正電路相比，其優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)補償效果顯著，并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。

而主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、通過專用IC去調(diào)整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。主動式PFC可以達到較高的功率因數(shù)──通?？蛇_98%以上，但成本也相對較高。此外，主動式PFC還可用作輔助電源，因此在使用主動式PFC電路中，往往不需要待機變壓器，而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小，這種電源不必采用很大容量的濾波電容。

PFC電路按照輸入電流的工作情況分為三種模式：CCM電流連續(xù)型，DCM電流不連續(xù)性和介于兩者之間的是TCM臨界性。

1．CCM（continuouscurrentmode）電流連續(xù)型

如下圖所示為連續(xù)模式的一種類型：平均電流型。平均連續(xù)性PFC變換器開關(guān)頻率固定，周期T不變，占空比隨著輸入電壓的變化而變化，通過PFC電感器和開關(guān)MOSEFT的電流在AC線路電壓的半個周期內(nèi)任何時刻都不為零，而是時刻跟隨電壓的變化軌跡，其平均電流IAC呈正弦波，且保持和AC輸入電壓同相位。

根據(jù)控制方式不同，除了平均電流型以外，CCM模式還分為峰值電流控制和滯后電流控制，共同的特點就是電流連續(xù)，不存在斷點。一般CCM的PFC變換器可以用于250瓦以上的開關(guān)電源，工作在CCM模式的PFC變換器有很低的諧波失真度．THD可達到5%以下。由于其電感電流不會降到零，電感電壓變化較小，諧波IIR熱損耗較小，有較小的電磁干擾，由于電流的變化幅度小，相比也有較小的磁芯損耗。同DCM方式相比．CCM模式電路相對復(fù)雜，而且由于MOSEFT導(dǎo)通不在電感電流為零的時候，二極管的反向恢復(fù)電流會產(chǎn)生很大的開關(guān)應(yīng)力，損耗不容忽視，因此需要使用價格較高的快速反向恢復(fù)二極管以減小損耗。

2．DCM（discontinuouscurrentmode）電流不連續(xù)性

如下圖所示為電流不連續(xù)性PFC電路的模式．DCM的特點是利用兩個開關(guān)周期之間的電感電流存在死區(qū)。和連續(xù)性模式相比，電路設(shè)計更容易實現(xiàn)，由于其導(dǎo)通的時候電流為零，所以不必考慮升壓二極管的反向恢復(fù)電流，對二極管的要求比較低。顯而易見，在同樣的平均輸入電流下，DCM需要較高的峰值電感電流，因而需要選用大的功率器件。由于其電流變化幅度較大，峰值較高，電感有較大的磁芯．I2R熱損耗較大。諧波失真度THD也比連續(xù)型模式的要大，所以電流不連續(xù)模式一般只用于相對較小功率的開關(guān)電源。和后面提到的CRM臨模式相比，其主要優(yōu)點是可以固定開關(guān)頻率以限制最大開關(guān)頻率．使前端EMI濾波器設(shè)計簡單化。

3．CRM臨界模式（critICalmode）

下圖為不連續(xù)模式的極端情況—一臨界模式CRM，輸入電流處在連續(xù)和不連續(xù)的臨界點，也稱為BCM（boundarycurrentmode）邊界型。它兼有CCM和DCM的特點，實際應(yīng)用較為廣泛。和DCM-樣．CRM模式需要給控制電路提供一個電流過零點的反饋檢測信息，但CRM模式頻率可變，電流幾乎沒有斷電。

邊界模式CRM中，電流降為零時MOSFET開始導(dǎo)通，而在電流達到設(shè)定的參考值時．MOSFET關(guān)斷．輸入電流跟隨輸入電壓變化。CRM的特點是開關(guān)頻率變化，且在正弦電壓過零時頻率最高，在正弦電壓峰值處的開關(guān)頻率最低，一旦升壓電感器中的電流下降為零，新的開關(guān)周期便接著開始而不存在電流死區(qū)。

CRM的缺點是在正弦弦過零附近的開關(guān)頻率相當(dāng)高，頻率變化使EMI比較嚴(yán)重，需要有較復(fù)雜的輸入濾波器設(shè)計。和DCM模式一樣，由于開關(guān)管導(dǎo)通時電流為零，因此CRM可降低開關(guān)管導(dǎo)通損耗，可以用廉價的升壓二極管。和DCM模式相比較而言，CRM峰值電感電流被限制在平均電流的2倍的數(shù)值上，低于DCM的峰值電感電流，從而可以選用電流容量較小的功率MOSFET，用較小尺寸升壓電感器。

CRM模式應(yīng)用廣泛，工作在CRM模式的芯片比較多，諸如：飛兆（Faimhiid）半導(dǎo)體公司的KA7525、KA7526、KA7527，意法半導(dǎo)體（ST）公司的L6560、L6561、L6562、L6563，德州儀器（TI）公司的UC3852、UCC28050、UCC38050，德國西門子（SimensAG）公司的sTR4862、STR4863，三肯公司（Sanken）的STR-E1555、STR-E1565等等。值得注意的是有一些芯片，如安森美半導(dǎo)體（ONSemicollductor）的NCP7601可在CRM和DCM下工作，具有兩種模式的優(yōu)點。它在AC線路輸入電壓過零附近采用DCM控制方案，此時由于對開關(guān)頻率進行了限制，因此容易解決EMI問題。

而在正弦波峰值附近，為避免較大的峰值電感電流，電路則采用CRM控制方法，這樣可以使用參數(shù)較小的電感、MOSFET和升壓二極管，不僅降低了成本，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。大家知道低功率的開關(guān)電源（低于150W），常常采用CRM或DCM方案。CRM能最優(yōu)化滿載效率，而DCM在減少EMI方面有優(yōu)勢，NCP1601正是集兩種方案的優(yōu)點于一身。NCP1601在DCM和CRM下工作并不會使功率因數(shù)下降，因而是一種創(chuàng)新的控制方案。其電流波形如下圖所示。