控制开关频率,优化完整负载及线路电压范围内的能效
当PFC段插电时,会出现大电流给大电容充电。此电路板包含NTC来限制浪涌电流。此NTC已经被短路,用于测量能效。
图8显示了大功率范围(从5%负载到100%负载)内低线路及高线路电压时的能效比。右侧的CCFF能效曲线类似于传统CrM PFC段。在左侧的图中,由于开关损耗的缘故,能效正常下降,直到一个拐点,此时能效又上升,这是CCFF工作的结果。如前所述,当线路电流低于预设值时,CCFF使开关频率作为瞬时线路电流的函数来线性下降。CCFF阈值设定为约低线路电压时最大线路电流的20%,及高线路电压时最大线路电流的近45%,这可以从图8中所观察到的拐点得到印证。
要提醒一下的是,CCFF以瞬时线路电流的函数形式工作:当线路电流的信号表征(由FFcontrol引脚产生)低于2.5 V时,电路降低开关频率。这就是接近线路过零点时的案例,而无论这是负载多大。因此,开关频率在线路正弦波最小值时下降,即使是在重负载条件下。这就是大负载时能效也提升了的原因,最少是在高线路电压条件时就是如此,此时CCFF的影响更大,因为线路电流较小。
当瞬时线路电流要变得极小时(在我们的应用中为低于最大电流电平的约5%,见参考资料[1]),电路进入跳周期模式。换句话说,在功率转换成为低效的瞬间,电路停止工作。与不含跳周期功能的CCFF工作相比,跳周期模式进一步提升了轻载能效(高线路电压时约提升2%,满载时约提升5%)。
从更普遍的意义上讲,图8显示出CCFF在低线路电压条件下低于20%负载时大幅提升能效,而在230 V高线路电压条件下低于50%负载时开始显现其优势。
应该注意的是,总谐波失真(THD)受跳周期模式功能的影响。即使总谐波失真相对较低,但在要提供优异THD性能时,应当禁止使用跳周期模式。可以参见NCP1611/2评估板有关功率因数及THD的数据。
众所周知,由于高工作开关频率的缘故,CrM系统在高线路电压、轻负载时通常无法持续工作。相反,它们进入突发模式。这种情况通常在最高线路电压等级工作、20%或以下负载范围时出现。图8显示了降低开关频率就克服了这个局限。因此,应当注意的是,CCFF进一步提供了在低至极低功率等级时提供稳定工作的可能性。
结论
计算开关损耗是一个棘手的过程。本文介绍了一种预测降低开关频率时DCM损耗与CrM损耗相关性趋势的方法。分析及实验数据显示:当导电损耗相对于开关损耗较小,既在线路电流较低时,更适宜采用频率反走。图2甚至显示电流越低,最优频率也越低,从而在“高能效的频率”与线路电流之间产生的关联,这就是CCFF的工作原理……实验数据确认了在低线路及高线路电压条件下CCFF即使在扩展功率范围也维持高能效比。更通俗地说,如果启用了跳周期模式,从5%负载到100%负载范围下,能效都保持高于94%;而当关闭跳周期模式时,能效底值(在5%负载时获得)降到了92%。
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