隨(sui)著(zhe)家(jia)庭(ting)和(he)各(ge)種(zhong)工(gong)作(zuo)場(chang)所(suo)對(dui)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)用(yong)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)
，功(gong)耗(hao)成(cheng)本(ben)受(shou)到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)重(zhong)視(shi)。降(jiang)低(di)用(yong)戶(hu)設(she)備(bei)功(gong)耗(hao)的(de)需(xu)求(qiu)正(zheng)在(zai)促(cu)使(shi)設(she)備(bei)內(nei)外(wai)的(de)電(dian)源(yuan)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)能(neng)效(xiao)。
對於數百瓦到千瓦的AC-DC電源，其效率取決於功率因子校正 (PFC)和後級的DC-DC變換效率。盡管人們今天已經能較好地理解DC-DC變換器的成本和性能間的利弊權衡，但從電路和控製技術的角度來講

，PFC技ji術shu一yi直zhi處chu於yu落luo後hou狀zhuang態tai。不bu過guo，這zhe種zhong局ju麵mian最zui近jin已yi經jing開kai始shi改gai變bian。本ben文wen將jiang討tao論lun該gai技ji術shu領ling域yu的de一yi些xie發fa展zhan
，以yi及ji電dian源yuan設she計ji工gong程cheng師shi如ru何he把ba握wo各ge種zhong設she計ji觀guan點dian和he建jian議yi。 

圖1：PFC前置功率變換級簡圖

[圖中文字：電感/扼流線圈
、升壓二極管
、PFC控製器

、功率開關

、橋式整流器、PFC控製、EMI濾波器]

AC-DC變換器中的損耗
¬AC-DC變換器中的功率損耗一般包括：

1. 升壓二極管中的反向恢複損耗

；

2. 輸入整流橋的損耗；

3. EMI濾波器中的損耗；

4. PFC功率開關管的損耗；

5. 電感/扼流線圈損耗。

升壓二極管中反向恢複損耗
PFC變換器一般采用兩種控製技術：連續電流模式 (CCM) 和邊界模式 (BCM)
，後者也稱作變調模式 (TM) 或做臨界模式 (CRM)。在CCM變換器中，控製IC用固定頻率調整占空比（PWM）來調節升壓電感的平均電流。在BCM變換器中
，該電感電流在開關導通前可以回到零，因而是一個頻率可變的控製方案。

當CCM變換器中的MOSFET導通時
，由於仍有電感電流流經升壓整流二極管
，升壓整流二極管將經曆反向恢複過程 (二極管內的反向電流消失的過程)。這將在主MOSFET M1中造成功率損耗。在BCM變換器中，電感電流在MOSFET導通時基本上為零，即實現了軟開關功能。因此，采用BCM控製技術的反向恢複損耗最小。

但采用BCM所得到的好處並非無代價的。BCM的峰值電感電流比CCM高出兩倍；較高的峰值電感電流在MOSFET和二極管中會都造成較大的導通損耗


，並在電感中造成更大的功率損耗。因此，BCM模式的變換器局限於輸出功率在250W到300W的應用中。

此外
，二極管技術的改進已提高了CCM模式的 PFC變換器效率。碳化矽 (SiC) zhengliuerjiguanyijingshifanxianghuifuxiaoyingdafujiangdi

，zheyouzhuyujiangwentijiejue，danchengbenjiaogao。chaokuaisuguierjiguanchanpinyenengjiangdifanxianghuifusunhao，dandaijiashidaotongsunhaojiaogao。

輸入整流橋的損耗
AC-DC變換器有用四個慢速恢複二極管構成的輸入整流橋。這些二極管的功率損耗相當可觀。因此，就有了所謂的 “無橋PFC” 技術，即將圖1中整流橋的下麵兩個二極管換成兩個受控驅動的MOSFET作為升壓開關 (注意“無橋”一詞可能用得不當，因為輸入整流二極管仍然存在)。這(zhe)些(xie)橋(qiao)接(jie)二(er)極(ji)管(guan)起(qi)到(dao)了(le)升(sheng)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)的(de)作(zuo)用(yong)，省(sheng)掉(diao)了(le)傳(chuan)統(tong)技(ji)術(shu)中(zhong)的(de)升(sheng)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)部(bu)件(jian)。從(cong)理(li)論(lun)上(shang)講(jiang)，這(zhe)會(hui)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)
，因(yin)為(wei)電(dian)流(liu)在(zai)某(mou)一(yi)時(shi)刻(ke)隻(zhi)流(liu)經(jing)兩(liang)顆(ke)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)，而(er)不(bu)是(shi)三(san)顆(ke)。

無橋PFC技術麵臨的問題是電流檢測、EMI和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)。此(ci)外(wai)
，橋(qiao)式(shi)整(zheng)流(liu)器(qi)中(zhong)的(de)有(you)源(yuan)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)現(xian)在(zai)必(bi)須(xu)防(fang)止(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)瞬(shun)變(bian)。而(er)且(qie)
，由(you)於(yu)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)速(su)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)二(er)極(ji)管(guan)，在(zai)功(gong)率(lv)較(jiao)高(gao)時(shi)，湧(yong)流(liu)保(bao)護(hu)也(ye)是(shi)個(ge)問(wen)題(ti)。而(er)采(cai)用(yong)最(zui)新(xin)的(de)PFC控製技術，如采用電壓模式控製的FAN7528或基於單循環控製技術的控製器，至少可以避開輸入電壓檢測的問題。雖然可以采用常規技術，即用控製IC的單驅動信號來控製這兩個橋的開關，但是為了獲得最大的功效和較低的EMI，需要新的控製技術來實現各個功率開關的單獨控製。

EMI濾波器中的損耗
減小電磁幹擾 (EMI) 濾波器的尺寸也能降低相應的損耗。由於在DC-DC變換器中采用了負載點處理器功率技術，即所謂 “隔相” 或 “交錯通道” 技術，使用多個功率級的PFC變換器逐漸被業界接受。隔相技術可減小輸入處的波紋電流，從而減小EMI濾波器的尺寸。隔相技術還能減小整個升壓電感的尺寸，而且，由於電感被分開

，也有助於改善散熱。

PFC功率開關管的損耗
為了降低開關損耗
，必須考慮采用零電壓開關 (ZVS) 或零電流開關 (ZCS) 技術。在BCM控製中 (飛兆半導體FAN7527B 和FAN7528控製器所采用的技術)，主MOSFET開kai關guan在zai電dian流liu為wei零ling的de情qing況kuang下xia導dao通tong，減jian小xiao了le導dao通tong損sun耗hao，從cong而er降jiang低di了le功gong耗hao。這zhe對dui低di功gong率lv變bian換huan器qi來lai說shuo是shi一yi大da優you點dian
，但dan由you於yu功gong率lv較jiao大da時shi主zhu要yao損sun耗hao源yuan於yu導dao通tong損sun耗hao，所suo以yi這zhe種zhong優you點dian隻zhi能neng體ti現xian在zai300W以下的應用中。

由於PFC前端的開關頻率相對較低
，因而有可能采用IGBT (絕緣柵雙極晶體管) 來降低高功率下的導通損耗。不過，大多數應用仍然使用MOSFET

，因為其開關損耗較低。

主MOSFET開關也可以在電壓為零的情況下導通。這需要添加一些額外的電路，包括小功率MOSFET

、整流器和電感 (飛兆半導體的FAN4822就采用了這些電路)。這些部件相當於給開關電路注入了某種 “幼兒營養劑”；通過時序優化和利用諧振效應

，使跨過主MOSFET開關的電壓在導通前為零。雖然該方案看似很具吸引力，但電路拓樸十分複雜。

電感/扼流線圈損耗
電感中的損耗可通過電感最小化來降低，並透過提高有效開關頻率來實現，即采用可外部設置開關頻率的控製IC。這種方法的代價是：諧波成分提高，並可能需要更快 (因此更貴)的二極管。另一個考慮因素是相位交錯的各功率級

；這些功率級具有抵消波紋電流的優點，可允許存在較高的峰值電流。允許的峰值電流越大意味著需要的電感越小、需要的銅材也越少，因而每個扼流線圈的損耗越低。

未來發展趨勢
即將流行的PFC技術是升壓跟隨型PFC，它可使輸出電壓隨輸入電壓而改變。這種技術提升AC線路的電壓
，實現其後的DC-DC變換器所要求的最低電壓，從而提高PFC變換器的整體效率。但這將引出兩個成本增加因素：其一，DC-DC變換器的設計更複雜
，因為它必須在更大的輸入電壓範圍 (比如200到 400VDC) 工作；其二
，不能使用那些輸入電壓範圍窄的技術，如流行的LLC諧振半橋。

最後，針對某些新的控製技術如交叉和無橋PFC
，目前缺乏新的可行的模擬控製IC，這意味著數字控製可能是可取的選擇方案。事實上，最近市場上已推出了至少三種數控AC-DC電源。盡管許多產品的成本看似高不可攀
，但至少在低功率應用領域，還是一個令人興奮和值得關注的未來發展動向。

結論
采用有源FPC技術的電源市場明顯比通用的AC-DC市場成長更快；市場對效率更高的變換器的需求已經增加。然而，提高效率並不是沒有代價的，必須在成本
、部件數、可靠性和新技術之間權衡考慮 (見表1)。仔細選擇部件，並結合新的控製技術和更優化的工程手段，就可顯著提高PFC變換器的效率。
表1：功率損耗彙總