為滿足諧波電流限制法規(guī)要求(如EN61000-3-2、GB17625.1-2022)主動功率因數(shù)校正(APFC)被大功率開關(guān)電源廣泛采用。

PFC拓?fù)浼軜?gòu)

·有橋PFC

·圖騰柱無橋PFC

·雙向開關(guān)無橋PFC

PFC芯片控制方式

·平均電流控制

·固定導(dǎo)通時(shí)間控制

·單周期控制

本期，芯朋微技術(shù)團(tuán)隊(duì)將為各位fans分享常見的PFC拓?fù)浼軜?gòu)及控制方法，為設(shè)計(jì)選型提供參考。

PFC拓?fù)浼軜?gòu)

1.1有橋PFC

當(dāng)Vac為正時(shí)：工頻管D1和D4持續(xù)導(dǎo)通，高頻管Q1導(dǎo)通時(shí)電感儲能，高頻管D5導(dǎo)通時(shí)電感釋放能量

當(dāng)Vac為負(fù)時(shí)：工頻管D2和D3持續(xù)導(dǎo)通，高頻管Q1導(dǎo)通時(shí)電感儲能，高頻管D5導(dǎo)通時(shí)電感釋放能量。

1.2圖騰柱無橋PFC

當(dāng)Vac為正時(shí)：工頻管Q4持續(xù)導(dǎo)通，高頻管Q2導(dǎo)通時(shí)電感儲能，高頻管Q1導(dǎo)通時(shí)電感釋放能量。

當(dāng)Vac為負(fù)時(shí)：工頻管Q3持續(xù)導(dǎo)通，高頻管Q1導(dǎo)通時(shí)電感儲能，高頻管Q2導(dǎo)通時(shí)電感釋放能量。

1.3雙向開關(guān)無橋PFC

當(dāng)Vac為正時(shí)：Q1和Q2導(dǎo)通，電感儲能。

高頻管D1和工頻管D3導(dǎo)通，電感釋放能量。

當(dāng)Vac為負(fù)時(shí)：Q1和Q2導(dǎo)通，電感儲能。

高頻管D2和工頻管D4導(dǎo)通，電感釋放能量。

三種PFC拓?fù)浼軜?gòu)總結(jié)如下：

PFC控制方式

2.1平均電流控制

平均電流控制簡化模型如下，電壓環(huán)誤差調(diào)節(jié)量與市電整流后電壓Vrec相乘產(chǎn)生電流環(huán)參考lref;經(jīng)電流環(huán)閉環(huán)控制，使得電感電流L追蹤電流參考Iref。

當(dāng)電壓環(huán)足夠慢(穿越頻率低于10Hz)，Iref形狀為饅頭波，則可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。

優(yōu)勢：平均電流控制可支持電流連續(xù)模式(CCM)和電流不連續(xù)模式(DCM);典型應(yīng)用功率范圍：140W-1500W

劣勢：需偵測市電幅值和相位，通過乘法器產(chǎn)生電流環(huán)參考

2.2固定導(dǎo)通時(shí)間控制

Boost變換器工作在臨界電流模式(CRM)，電感電流的平均值計(jì)算如下：

在半個(gè)工頻周期內(nèi)使得Ton恒定為常數(shù)，則電感平均電流

與輸入電壓成線性關(guān)系：

消磁結(jié)束后(并滿足最高頻率限制)Gate置高，恒流源lcot開始對ct充電，充電電壓等于電壓環(huán)誤差量Vmo后Gate置低。電壓環(huán)足夠慢，則Gate脈寬在半個(gè)工頻周期內(nèi)恒定，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。

COT控制PFC簡化仿真模型：

優(yōu)勢：

控制簡單，高頻管D1無反向恢復(fù)損耗;

劣勢：

需偵測電感電流的消磁信號，不支持電流

連續(xù)模式，應(yīng)用功率通常小于300W。

應(yīng)用方案：固定導(dǎo)通時(shí)間控制PFCPN8280

寬供電范圍

9V-60V

適合PD應(yīng)用

靈活應(yīng)用

PN8280VSE-B1支持直流輸入和交流輸入，適合網(wǎng)關(guān)應(yīng)用

自適應(yīng)COT控制

內(nèi)置輸入電壓前饋保證改善高低壓動態(tài)特性一致

豐富保護(hù)功能

PN8280SE-A1市電欠壓保護(hù)、外部OTP保護(hù)(ACCK)

廣泛應(yīng)用市場

交換機(jī)、PC、TV、適配器

2.3 單周期控制

PN8286W控制簡化電路和工作波形如下：

Boost變換器工作在電流連續(xù)模式，輸入電壓vrec和輸出電壓Vo表達(dá)式如下：

基于單周期控制技術(shù)，輸入電流irec表達(dá)式如下

輸入電壓vrec與輸入電流irec比值如下：

COT控制簡化模型如下：

優(yōu)勢：

單周期控制無要偵測市電和電感電流消磁信號，并可支持連續(xù)電流模式，典型應(yīng)用功率范圍：140W-1500W。

劣勢：

為了提高THDi，需要較大的電感感量。

應(yīng)用方案：

單周期控制PFC PN8286W

寬供電范圍

VDD耐壓40V，更高可靠性

連續(xù)工作模式

基于單周期控制，外圍精簡，適合140W-1500W功率應(yīng)用

靈活應(yīng)用

A1版本開關(guān)頻率外部可調(diào)，B1版本內(nèi)置輸入欠壓保護(hù)，可根據(jù)應(yīng)用需求靈活選擇

卓越動態(tài)性能

內(nèi)置增強(qiáng)動態(tài)調(diào)節(jié)模塊，降低功率器件開關(guān)機(jī)瞬態(tài)電壓電流應(yīng)力，改善負(fù)載跳變時(shí)的輸出電壓動態(tài)響應(yīng)速度

全保護(hù)功能

兩級過流保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、輸出欠過壓保護(hù)、VDD欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等

三種控制技術(shù)對比如下：