到目前为止,用于满足这些标准的最常见和最有效的PFC是有源PFC。一种典型的方法是在输入整流桥和大电容器之间添加一个PFC预稳压器,以提供恒定的电压,同时确保电流波形是正弦的。

图2:PFC在二极管桥和大电容器之间

这种方法除了明显提高功率因数外,还有许多好处。从PFC阶段的输出通常是一个相当好调节的400 V,这使得下游转换器的设计更容易,成本更低。另外,无脉冲电流降低了EMI滤波要求,减少了体积和成本.

然而,这种类型的PFC预转换器不能达到100%的能效,因此,确实造成了系统损耗。在任何电源系统中,都有两种主要类型的损耗,开关和导通。导通损耗是两种损耗之和:一种由于桥二极管的正向电压等因素与系统功率成正比,另一种与系统功率平方成正比,从而构成阻抗损耗如MOSFET的导通电阻。在较高的功率水平下,后者对能效的影响最大。

图3:开关和导通损耗构成电源系统的总损耗

另一方面,开关损耗很大部分与电流成正比,因此与传输的功率成正比。而其它部分是恒定的,与系统的功率无关。它们是由寄生电容和电荷电流引起的,通常与系统的开关频率成正比。随着设计人员增加工作频率以减少系统尺寸,开关损耗成为一个更大的挑战,特别是在较低的功率水平下,它们在能效损耗中占相当大比例。

PFC控制方案

PFC的各种控制方案都是为了满足不同系统的需要而开发的,但总目标都是降低轻载下的开关损耗和较重负载下的导通损耗。

如图所示,有三种基本的控制方案。连续导通模式(CCM)在固定频率工作和限制电感电流纹波,同时支持更高损耗。它通常用于较高功率系统(>300 W)。

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