利用交错式 BCM 提高PFC级的效率

《利用交错式 BCM 提高PFC级的效率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、飞兆半导体特稿2009年8月利用交错式BCM提高PFC级的效率作者：飞兆半导体欧洲分公司功率转换及工业系统市场开发经理JonHarper引言/摘要在节能运动的大趋势下，功率因素校正(PowerFactorCorrection，PFC)的需求不断成长。PFC利用降低峰值电流，并把谐波电流减到最少，从而减少配电网的能耗。随着照明、电源和马达控制(motioncontrol)领域的最新节能规范草案推出，将进一步增加市场对PFC的需求。例如，相比简单TRIAC控制驱动的感应电机，逆变器驱动的永磁同步电机拥有更高的效率、但功率因素却较差；但只要额

2、外增加一个PFC级，就可以提高功率因素，以及减少配电网中谐波电流引发的损耗和其它问题。所以，PFC级必须具有很高的效率，这样才不会削弱采用新型电机所带来的好处。模拟控制电路集成度的提高，催生出可进一步提高效率的最新PFC技术。对于300W至1000W以上的输入功率级，交错式临界传导模式(boundaryconductionmode，BCM)PFC方案是非交错式连续传导模式(continuousconductionmode，CCM)PFC方法的良好替代方案。本文将概述交错式BCMPFC的工作原理及优点。工工工作原理交错式的运作原理是一种十

3、分成熟、广泛运用于功率电子产品的技术。大多数微处理器都由多相同步降压电源驱动。在交错技术中，有两个或更多的并联输出级，而每一个的开关时间均不同。BCMPFC和CCMPFC都可以采用这种技术。大多数PFC方法采用了一个升压级，而两个交错式输出级会共享同一个输出电容。如图1所示。图图图1：：：交错式临界传导模式电路：交错式临界传导模式电路交错式运作的第一个特性是输入和输出级上的PFC纹波电流都会被降低。这两个级与一个特殊电路同步，确保彼此能维持180度异相开关。这个同步电路的性能也许是交错式BCM控制器最关键的部分，而同步的困难性正是该项技

4、术未能及早应用的主要原因之一，这些内容将于稍后阐述。在一个完全同步的交错式BCMPFC系统中，第一相的电流消耗量会部分抵消掉第二相的电流，如图2所示。总体输入电流和电容电流的纹波成分要低得多，频率是各级纹波频率的两倍。这些因素简化了用来减少输入纹波电流谐波成分以满足EMI标准要求的EMI滤波器规格，。如果采用相同的电容，流经输出电容的纹波电流将会减少，便可以延长系统寿命；而若改变输出电容大小以配合更低的额定纹波电流，就能够降低系统体积和成本。IL1IL2I+IL1L2图图图2：：：交错式：交错式BCMPFC电路中的纹波电流交错式运作的第

5、二个特性是流经每一级的电流都会减半。如果交错式方案中采用的MOSFET的RDS(ON)正好是非交错式中的两倍，或者说，如果这些开关所用的硅面积相同，这对传导损耗没有任何影响。不过在这种情况下，开关损耗可能会降低。较小的MOSFET的栅极电荷只有一半，并只在非交错式方案的一半电流时进行开关，这样一来，每个器件的开关损耗只有四分之一，或总体开关损耗减半。这里需要考虑诸如更高的开关dv/dt等效应。由于交错式控制器采用比标准BCM控制器更先进的技术，故有可能进一步提高开关效率。飞兆半导体公司的FAN9612交错式BCMPFC控制器具有两项显著

6、优点，能够提高升压电路的效率：其一是毋须额外的RC延时电路就可以准确执行零电压开关点的检测。这是因为标准BCM控制器在升压电感线圈过零时导通，而FAN9612则在零电流点进行开关的缘故；第二个优点是它采用两个单独的感测电阻来检测每个MOSFET的实际过流情况，这不仅增强了系统可靠性，还降低了总体电阻损耗。纹波电流的减少、纹波电流频率的增加，以及效率的提高，使交错式运作功率范围扩大了两倍以上。比如标准BCMPFC的最大应用功率为300W，而交错式BCMPFC则可达800W或以上。交错式BCMPFC与标准CCMPFC的比较在BCMPFC级中

7、运用交错方式，能把工作功率扩大到了原来非交错式CCMPFC级的覆盖范围。这时，传统的非交错式BCM与CCM比较已不再适用，故比较这两种方案自身优点是十分重要的。讨论的第一点是电感尺寸。以拥有宽输入范围(85Vac–265Vac)的400W电源设计为例，利用FAN9612的应用手册上的计算结果[注1]，可得到220uH电感量以及7A峰值电流。而利用CCM控制器，在相同条件下[注2]得到的电感量为790uH、峰值电流为8A。值得注意的还有在相同功率级下，非交错式BCM控制器的电感规格为110uH和14A，这进一步说明了在同一功率级下，非交错

8、式BCM性能较差的原因。对于小巧型设计，400W的交错式BCMPFC电源可采用两个基于PQ3220磁芯的电感。而CCMPFC采用的磁芯尺寸估计在PQ4040左右。第二个考虑事项是升压二极管的反向恢复损耗。在