独家最新PFC技术以及解决方案.doc

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1、独家最新PFC技术以及解决方案电源网讯 功率因数校正(PFC)是电源设计人员面临的重要任务。根据IEC61000-3-2谐波标准中的D类规定，功率在75W以上的个人计算机和电视机等电子系统的电源要进行功率因数校正。 根据输入电流控制原理的不同，PFC可以分为不同的类型，如临界导电模式(CrM)、不连续导电模式(DCM)、连续导电模式(CCM)和频率钳位临界导电模式(FCCrM)等。CrM的的主要特征是电流有效值(RMS)大，开关频率不固定，常用于需要简单控制方案的照明和交流适配器等低功率应用，典型解决方案如安森美半导体

2、NCP1606；DCM的主要特征是电流有效值最高，线圈电感较低及稳定性最佳，常见于中低功率应用；CCM的主要特征是总是硬开关，电感值最大，电流有效值最小，在较高功率(>300W)应用中特别受到青睐，典型解决方案如安森美半导体NCP1654；FCCrM的主要特征是电流有效值大，频率被限制，线圈电感较小，在中等功率条件下具有极高能效，典型解决方案如安森美半导体NCP1605。值得一提的是，FCCrM可以视作带有频率钳位功能(由振荡器设定)的临界导电模式，综合了CrM和DCM的优点：DCM限制最大开关频率，而CrM降低最大电

3、流应力。总的来看，FCCrM解决方案似乎拥有最高的能效。新的应用需求为PFC提出更高要求一些新的应用需求推动着业界开发新的PFC技术。这其中颇为受人瞩目的就是新兴的能效标准要求计算机ATX电源具有越来越高的能效。例如，80PLUS银级标准(等同于“能源之星”5.0版计算机电源标准及CSCI标准第三阶段目标)要求，到2010年6月，多路输出ATX电源在20%、50%和100%负载条件的能效分别达到85%、88%和85%，详见表1所示。表1：80PLUS等能效标准对多路输出ATX电源的能效要求要提高ATX电源能效，以满足最

4、新能效标准的更高要求，重要的是以系统性的途径来分析功率损耗来源，并针对性地降低功率损耗。通常而言，我们可以将ATX电源分为PFC段、主开关电源段和次转换器段。以常见的75%能效ATX电源为例，据测算，PFC段的损耗要占总损耗的40%。因此，将PFC段的能效提至最高，有利于实现更高的系统总能效。这就需要优化PFC控制器及其工作模式与其它元器件的选择。此外，液晶电视市场近年来高速发展，而纤薄型设计则为液晶电视提供特别的卖点，受到消费者的青睐。最新的液晶电视设计更是趋向于将厚度降至10mm以下，这就使元器件高度受到严格限制，

5、设计人员必须尽可能采用更小型的元器件，并降低安装高度。PFC段同样受到这方面的制约，值得一提的是，缩小PFC段元器件能够帮助系统降低高度。在这些背景下，一些新的PFC拓扑结构已经开始涌现和应用。其中尤以交错式PFC和无桥PFC为典型。我们将探讨这两种新PFC拓扑结构的特征、解决方案及性能测试结果。交错式PFC的优势及解决方案交错式PFC的主要想法是在原本放置单个较大功率PFC的地方并行放置两个功率为一半的较小功率的PFC，参见图1。这两个较小功率PFC以180°的相移交替工作，它们在输入端或输出端累加时，每相电流纹波的

6、主要部分将抵消。虽然交错式PFC使用较多的元器件，但其好处也很明显，如150W的PFC就比300W的PFC更易于设计，便于采用模块化的方案，且两个DCMPFC就像一个CCMPFC转换器，这就简化电磁干扰(EMI)滤波，并减小输入电流有效值。特别是采用两个较小PFC的设计能够支持厚度低至10mm的超薄型液晶电视设计，且能效极高。图1：采用两颗NCP1601PFC控制器实现的交错式PFC架构的功能框图。交错式PFC有两种具体实现方案：一为主/从(Master/Slave)方案，一为独立相位(IndependentPhase

7、s)方案。主/从方案指主分支自由工作，而从分支相对于主分支180°相移工作。主/从方案的主要挑战在于保持在CrM工作模式(没有CCM模式，没有死区)。独立相位方案指每个相位都恰当地工作在CrM或FCCrM模式，而两个分支相互配合以设定180°相移。独立相位方案的主要挑战是保持准确的相移。安森美半导体的双NCP1601交错式PFC方案是一种独特的FCCrM方案，适合输入电压范围较宽的应用。在这种方案中，2颗NCP1601驱动2个独立的PFC分支，这2个分支具有相同的导通时间因而具有相同的开关周期，它们同步但彼此独立工作，

8、从而保证DCM工作模式(零电流检测)，没有CCM工作风险，且在满载时两个分支都进入CrM工作模式。双NCP1601交错式PFC方案在不同负载范围下的能效。对基于安森美半导体NCP1601交错式PFC方案的宽输入范围、300WPFC预转换器进行的测试显示，这解决方案在很宽的负载范围内(从20%到100%)、90Vrms电压条件下实现