提高电源转换效率的交错式PFC控制技术及应用

虽然交错式PFC预调节器可以通过降低传导损耗提高效率，但当开关损耗(PS)为主要损耗时，它实际上会降低转换器的轻负载效率。下面方程式对双相交错式升压二极管和升压FET开关损耗进行了说明，其中，VDS与IDS分别为FET的漏源极开关电压和漏极电流，变量tr和tf为FET的漏源极上升和下降时间，Coss为FET的漏源极寄生电容，Qg为FET的栅极电荷，Vg为施加在FET栅极驱动上以将其导通的栅极驱动电压，变量fs表示转换器的转换频率，变量IRR表示升压二极管的反向恢复电流。从这个方程式可知，由COSS、Qg以及IRR引起的总体损耗是单级PFC预调节器的两倍。在轻负载条件下关闭其中一个交错相位，进入单相运行模式，可以提高轻负载条件下的效率。



为提高轻负载效率，UCC28060具有可选的内置相位管理电路，启动这一功能就可以让系统的轻负载效率提高1~3%(图3)。



图3：UCC28060通过相位管理实现的效率提高。

用来控制交错式PFC的第二款控制IC是UCC28070。该控制IC能让两个平均电流模式PFC升压级交错运行。为确保预调节器具有最高效率，该IC能与电流感应变压器来检测电流。此外，为确保调节与电流共享功能正常，UCC28070可以与单电压回路和两个单独的电流回路协同工作。

使用电流感应变压器的PFC升压预调节器通常要求检测升压二极管(D1)和升压开关(Q1)的电流。一般来说，电流感应电路由两个电流感应变压器(CT1和CT2)、两个整流器二极管(D)、两个复位电阻(RR)以及一个电流感应电阻(RS)组成(图4)。在交错式PFC预调节器结构中，可能每个相位的电流都要进行检测。为降低系统成本，TI开发了电流合成技术，无需感测升压二极管电流就能直接合成升压二极管电流，从而能在电路中节省一个电流感应变压器(CT2)、一个整流器二极管和一个复位电阻。



图4：电流合成技术降低了电流感应变压器的数量。

总之，通过减少电容数量和总的电感数量，交错式PFC预调节器可以提高功率密度。交错式电源转换器可以降低传导损耗，提高整体系统效率。过去由于没有PFC控制器，电源设计工程师必须谨慎地对待交错式PFC控制。为在设计过程中提供帮助并使交错式PFC控制变得更简单，TI推出了创新型交错式PFC控制器。UCC28060是专门针对转移模式交错式PFC而设计的，具有内置相位管理功能，以提高轻负载效率。UCC28070是专门针对交错式平均电流模式PFC而设计的，采用了创新型电流合成技术，它通过减少电流变压器电流检测所需组件的数量来降低系统成本。