功率因数较正(PFC)的几个问题

4 几种基本模式的特点

⑴ DCM模式

储能电感里电流不连续导通，如图6（a）所示。

其优点是，电感里的电流幅度能够自动跟踪输入电压，所以能够实现输入电流的正弦化。只需要输出电压的一个反馈环路，所以控制芯片成本低。而且由于电感里的电流每次都降到零，能量全部释放光。即当开关管导通前，流过升压二极管的电流已经为零，不存在反向存储电荷，所以对该二极管的反向恢复时间要求不高。

缺点是，同样输出功率时这种模式的开关管峰流最大；储能电感里的高频电流幅值亦大，使电感的损耗比较大；另外，它的工作频率是随输入电压和负载而变化的，不利于输入滤波器的设计。所以，一般用在输出100W以下的电路中，适合电子镇流器等小功率的场合。

⑵ CRM模式

储能电感里电流临界导通，如图6（b）所示。

在控制芯片中设有电感电流过零检测电路，以保证电感里能量释放完后，开关管才导通。所以，同样对升压二极管的反向恢复时间要求不高。但是它需要简单乘法器才能够保证输入电流的正弦波化。DCM的优点和缺点它都有，只不过程度不同而已，故适应的负载范围也差不多。

⑶ CCM模式

储能电感里电流是连续的，如图6（c）所示。

最大特点是储能电感里电流变化量小。在开关管截止后，电感开始释放能量，一般设计是在电流只减少20%就停止，开关管导通再蓄能。所以，同样输出功率这种模式储能电感里的高频损失最小，适合做大功率。相应的缺点是，需要乘法器来完成输入电流的正弦波化，故控制芯片复杂成本高。另外，最大的缺点是在开关管导通、升压二极管要转入截止时，由于电感里的电流只减少了20%，故还有相当大的电流流过升压二极管，在二极管内存储了反向电荷，这些电荷的释放产生的反向恢复电流，不但造成二极管和开关管的损耗而且形成了EMI干扰。因此对该二极管的反向恢复特性要求很高。

5 功率的分配

PFC电路输出的功率由两部分组成：一部分由市电整流后的馒头波直接提供，另一部分是由Boost电路产生的补偿波形部分。由于后者在产生时有效率问题，所以这部分所占的比例越多，总效率就越低。而PFC电路输出电压是稳压的，因此输入电压越低总效率也越低。

比如输出400V/1A时，输入电压为220V时Boost电路产生的功率为89W。当采用一般的MOS-FET和快恢复二极管时效率为94%～95%。而输入电压为110V时，如果还输出400V，Boost电路产生的功率就要提高到245W，效率就只有91%～92%了。所以输入电压不同，PFC电路的元器件的选用是不一样的。

6 升压二极管的选用

PFC的设计中最关键的就是升压二极管D的选择。它接在滤波输出电容C和开关管K之间，当K关断时，电感L里的能量释放，D导通给C充电和给负载提供能量。这时有正向电流IF流过D。当K导通给L储能时，D被反偏。理想的二极管应该立刻关断，只剩下漏电流。但由于D在正向电流流过时，内部存在由载流子形成的电荷Qrr，反偏时它们不能马上消失，而反向流动形成反向恢复电流Irr，如图7所示。要把这些反向恢复电荷Qrr都释放完毕，该二极管才能够截止。该释放时间就是反向恢复时间trr。不要小看二极管这几十nS的反向恢复时间，它对PFC等在高频工作的电路造成的干扰、损耗是决不能忽视的.。

快恢复二极管指标中一般都标出trr，有的同时标出Qrr。但是不同的厂家测试条件不同，所以不能够直接比较。只能够通过测量来进行比较。现在有这种成品的trr、Qrr测试仪器；亦可用方波发生器配合高频示波器测量二极管的电流波形，直接显示其反向恢复特性。

7 新的技术动向

⑴ 采用交错并联PFC技术

该技术采用两套电路其驱动脉冲相隔180°互补工作，输出端通过升压二极管并联。其优点如下。

① 输入电流的频率加倍、峰值减半，使EMI的强度减半，便于输入滤波器的设计。

② 输出纹波的频率加倍、峰值减半,在没有输出电压保持时间（一般为20mS）的要求时，输

出滤波电容的容量可以减半。

③ 储能电感的电感量减半，总效率最多可以提高半个百分点。

以上第一个优点是最重要的，因为EMI的处理是开关电源设计中最棘手的问题。

由于交错并联PFC技术的优越性，已经有多家IC公司（如TI（德州）、安森美、仙童）推出相应的控制芯片，如TI推出的UCC28060、UCC28070等可以用于CRM及CCM电路模式。这种交错并联PFC技术尤其适合大功率输出。

⑵ 采用COOLMOS

由于它的导通电阻比同级其他管子要小，所以导通损耗小。比如英飞凌的第三代SPP20N60C3，耐压是650V， 20A导通电阻为0.16Ω，而相应的IXYS公司的IXTH20N60是600V ，20A其导通电阻为0.35Ω，相差一倍多。所以导通损耗明显减小。