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采用功率因数校正技术将功耗降至最低06100

发布时间:2020-07-21 18:58:14 阅读: 来源:水空调厂家

随着家庭和各种工作场所对消费电子和计算机用量的增加,功耗成本受到越来越多的重视。降低用户设备功耗的需求正在促使设备内外的电源实现更高的能效。

本文引用地址:对于数百瓦到千瓦的AC-DC电源,其效率取决于功率因子校正 (PFC)和后级的DC-DC变换效率。尽管人们今天已经能较好地理解DC-DC变换器的成本和性能间的利弊权衡,但从电路和控制技术的角度来讲,PFC技术一直处于落后状态。不过,这种局面最近已经开始改变。本文将讨论该技术领域的一些发展,以及电源设计工程师如何把握各种设计观点和建议。

AC-DC变换器中的损耗

AC-DC变换器中的功率损耗一般包括:

·升压二极管中的反向恢复损耗;

·输入整流桥的损耗;

·EMI滤波器中的损耗;

·PFC功率开关管的损耗;

·电感/扼流线圈损耗。

升压二极管中反向恢复损耗

PFC变换器一般采用两种控制技术:连续电流模式 (CCM) 和边界模式 (BCM),后者也称作变调模式 (TM) 或临界模式 (CRM)。在CCM变换器中,控制IC用固定频率调整占空比(PWM)来调节升压电感的平均电流。在BCM变换器中,该电感电流在开关导通前可以回到零,因而是一个频率可变的控制方案。

当CCM变换器中的MOSFET导通时,由于仍有电感电流流经升压整流二极管,升压整流二极管将经历反向恢复过程 (二极管内的反向电流消失的过程)。这将在主MOSFET M1中造成功率损耗。在BCM变换器中,电感电流在MOSFET导通时基本上为零,即实现了软开关功能。因此,采用BCM控制技术的反向恢复损耗最小。

但采用BCM所得到的好处并非无代价的。BCM的峰值电感电流比CCM高出两倍;较高的峰值电感电流在MOSFET和二极管中会都造成较大的导通损耗,并在电感中造成更大的功率损耗。因此,BCM模式的变换器局限于输出功率在250W到300W的应用中。

此外,二极管技术的改进已提高了CCM模式的 PFC变换器效率。碳化硅 (SiC) 整流二极管已经使反向恢复效应大幅降低,这有助于将问题解决,但成本较高。超快速硅二极管产品也能降低反向恢复损耗,但代价是导通损耗较高。

输入整流桥的损耗

AC-DC变换器有用四个慢速恢复二极管构成的输入整流桥。这些二极管的功率损耗相当可观。因此,就有了所谓的 “无桥PFC” 技术,即将图1中整流桥的下面两个二极管换成两个受控驱动的MOSFET作为升压开关 (注意“无桥”一词可能用得不当,因为输入整流二极管仍然存在)。这些桥接二极管起到了升压二极管AC-DC变换器有用四个慢速恢复二极管构成的输入整流桥。这些二极管的功率损耗相当可观。因此,就有了所谓的 “无桥PFC” 技术,即将图1中整流桥的下面两个二极管换成两个受控驱动的MOSFET作为升压开关 (注意“无桥”一词可能用得不当,因为输入整流二极管仍然存在)。这些桥接二极管起到了升压二极管的作用,省掉了传统技术中的升压二极管部件。从理论上讲,这会提高效率,因为电流在某一时刻只流经两颗半导体器件,而不是三颗。

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