【導讀】輸入功率大于等于75瓦的電源需要使用功率因數(shù)校正 (PFC)。功率校正因數(shù)能夠強制輸入電流隨輸入電壓變化而變化。功率因數(shù)、總諧波失真、效率是判斷PFC性能的標準，在輕負載條件下，效率、PF、THD性能隨之降低。本文中主要解析了交流跳轉(zhuǎn)周模式是如何提高PFC輕負載效率的。
圖表1中顯示的是一個典型PFC效率曲線。需要注意的是，輕負載時效率變得越來越低。這是因為在輕負載時，半導體元件的開關損耗、驅(qū)動損耗和反向恢復損耗成為影響效率的主要因素。同時，PFC有可能從連續(xù)傳導模式 (CCM) 轉(zhuǎn)換為斷續(xù)傳導模式 (DCM)，這一轉(zhuǎn)換使得轉(zhuǎn)換器動態(tài)性能突然發(fā)生變化，并且電流環(huán)帶寬大大減少。減小的電流反饋信號也使得對電路的控制變得十分困難。因此，電流波形的THD增加（圖表2）。本文提出一個在PFC進入輕負載條件下時增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中，當負載被減少到小于預定的閥值時，PFC進入一個特殊的突發(fā)模式。在這個模式下，根據(jù)負載的大小，PFC會跳過一個或多個交流周期。換句話說，PFC會在一個或多個交流周期內(nèi)關閉，而在下一個交流周期到來時重新打開。打開/關閉情況出現(xiàn)在交流零交叉點上，這樣的話就跳過了整個交流周期。此外，由于PFC打開/關閉出現(xiàn)在電流為零的時候，所以產(chǎn)生的應力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會更小。這一點與傳統(tǒng)脈寬調(diào)制 (PWM) 脈沖跳躍突發(fā)模式不同；在這種模式下，PWM脈沖被隨機跳過。
圖1：典型PFC效率曲線
圖2：電流波形的THD增加
將被跳過的交流周期數(shù)量與負載成反比。如果負載持續(xù)減少到閥值以下，將會有更多的交流周期被跳過。圖2：電流波形的THD增加
按照負載與將被跳過的周期數(shù)量之間的關系可生成一張查詢表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)時可跳過的最大交流周期數(shù)量。圖表3顯示了在不同負載下跳過的四個不同數(shù)量的交流周期。一旦PFC關閉，開關損耗、驅(qū)動損耗和反向恢復損耗全部減少為零，并且功率損耗只是PFC待機功率。由于電流為零，THD為零。當PFC打開時，它傳送的功率大于輕負載條件下所需要的功率，這是因為它需要對關閉期間的功率進行補償。由于現(xiàn)在PFC在中度負載中運行或者完全關閉以跳過交流周期，輕負載效率被增加，而THD被減少。圖表4和5顯示了這一特殊突發(fā)模式所帶來的效率和THD方面的改進。
圖3：不同負載下被跳過的交流周期數(shù)量典型的PFC效率曲線實例
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為了確定PFC是否進入輕負載狀態(tài)，需要監(jiān)視負載信息。正常情況下，在PFC輸出上沒有電流傳感器，所以無法直接測量輸出負載。
然而，在VIN固定時，PFC電壓環(huán)路輸出與負載成比例。因此，環(huán)路輸出可大體上用作一個指示器，確定PFC是否運行在輕負載條件下。
如果需要跳過精確數(shù)量的交流周期才能將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)，那么就需要準確的負載信息。由于電路中有一個測量PFC電流環(huán)路穩(wěn)壓輸入電流的電流分流器，那么就可以測量PFC的輸入功率。輸入電流和電壓可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 進行監(jiān)視，然后這些轉(zhuǎn)換器可被用來計算實際的輸入功率。這些準確的輸入功率信息可被用來精確地調(diào)節(jié)將被跳過的交流周期的數(shù)量。
圖4：效率比較
圖5：THD比較
圖6：交流跳周期間0至100%的負載瞬態(tài)
結(jié)論
本文中提出的方案使得PFC突發(fā)模式在PFC運行在輕負載的條件下實現(xiàn)一個或多個交流周期跳轉(zhuǎn)。在此過程中，THD和效率都得到了提升。輸出電壓紋波在額定范圍時，根據(jù)負載調(diào)節(jié)被跳過的交流周期數(shù)量更加精確，性能得到最大的提升。如果負載瞬態(tài)在PFC關閉時出現(xiàn)，則突發(fā)模式會立即被禁用，PFC則用來處理負載瞬態(tài)效應。如何來實現(xiàn)這一功能呢？無需其他，數(shù)字控制器完全能夠?qū)崿F(xiàn)。
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