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电源设计功率因数校正PFC拓扑结构选择

发布时间:2020-07-21 19:09:17 阅读: 来源:摩擦压力机厂家

引言

本文引用地址:随着减小谐波标准的广泛应用,更多的电源设计结合了功率因数校正 (PFC) 功能。设计人员面对着实现适当的PFC段,并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现,有助设计人员优化其特定应用要求的设计。

由于有源PFC设计可以让设计人员以最少的精力满足高效能规范的要求,因此在近年来取得了好的发展。通过简化主功率转换段的设计和减少元件数目,包括用于通用操作的波段转换开关和若干占用电容,此设计也附带了一些优势。

拓扑选择

由于输入端存在电感,升压转换器是提供达至高功率因数的方法。此电感使输入电流整形与线路电压同相。但是,可以采用不同的方案来控制电感电流的瞬时值,以获得功率因数校正。图1为这些方案的简要概述。

图1 PFC工作模式概述

a. 临界导电模式 (CRM) PFC - 由于控制的设计较为简单,而且可与较低速升压二极管配合使用,所以在较低功率应用中通常采用这方法。近年来,此方法获创新的改进,提升了效率,MC33260 PFC 控制器提供跟随升压选项,通过使升压转换器的输出电压随着线路电压的变化而变化,降低了33%的 MOSFET 导电损耗,减小了43%的升压电感尺寸。此外,专为CRM和DCM应用而设计的升压二极管可提供更佳的正向压降(MUR450, MUR550)。然而,CRM PFC仍受到一些限制,如较难过滤的可变频率和接近零交叉的高开关频率。

b. 不连续导电模式(DCM) PFC -此创新的方案延承了CRM的优点,并消除了若干限制,安森美半导体的NCP1601 DCM/CRM控制器便是一例。此器件可完全在DCM中工作并保持恒频,也可以部分在CRM模式中工作。在第二种情况下,峰值电流与CRM维持在同一水平,但最高频率明显降低,减轻了滤波负担。降低开关频率的另一大优点是有助降低轻载或空载功耗,以满足各种高能效标准。NCP1601 [3] 具有专利控制架构,通过模式转换保持PFC,提供比其它方法更为卓越的性能。图2显示了NCP1601A在100 W中的应用,这种方法简单且有效 - 110 Vac 和满载时的功率因数超过0.99且效率高达 94%。

图2 NCP1601A DCM PFC 控制器用于100 W 应用图3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300 W应用

c. 连续导电模式 (CCM) PFC - 由于这种方案恒频且峰值电流较小,是较高功率 (>250 W) 应用的首选方案。但是,传统的控制解决方案较为复杂,牵涉到多个环路,以及以不精确著称的模拟乘法器,并需在控制集成电路周围放许多元件。随着NCP1653(简单且稳固的8引脚CCM PFC控制器)的推出,此方案得以简化。NCP1653并提供全套保护特性和跟随升压功能。如图3所示,虽然NCP1653所需元件极少,但其性能却并不比任何CCM 控制器逊色 (110 Vac, 300 W 时的THD为4 %,效率高达93%)。

图3 NCP1653 CCM PFC 控制器用于300W 应用波段开关相关文章:波段开关原理

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