PFC（Power Factor Correction）功率因数校正电路

只看该作者 · 2023-5-30 20:19

不连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode， DCM）
斩波开关管的工作频率随被斩波电压的大小变化（每一个开关周期内“开”“关”时间相等）。如下图：T1和T2时间不同，也反映随着电压幅度的变化其斩波频率也相应变化。被斩波电压为“零”开关停止（振荡停止），所以称为不连续导通模式（DCM），即有输入电压斩波管工作，无输入电压斩波管不工作。他一般应用在250W以下的小功率设备上。

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不连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode， DCM）
斩波开关管的工作频率随被斩波电压的大小变化（每一个开关周期内“开”“关”时间相等）。如下图：T1和T2时间不同，也反映随着电压幅度的变化其斩波频率也相应变化。被斩波电压为“零”开关停止（振荡停止），所以称为不连续导通模式（DCM），即有输入电压斩波管工作，无输入电压斩波管不工作。他一般应用在250W以下的小功率设备上。

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不连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode， DCM）
斩波开关管的工作频率随被斩波电压的大小变化（每一个开关周期内“开”“关”时间相等）。如下图：T1和T2时间不同，也反映随着电压幅度的变化其斩波频率也相应变化。被斩波电压为“零”开关停止（振荡停止），所以称为不连续导通模式（DCM），即有输入电压斩波管工作，无输入电压斩波管不工作。他一般应用在250W以下的小功率设备上。

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临界导通模式（Critical Conduction Mode, CRM/Boundary Conduction Mode, BCM）或过渡模式（TCM）
工作介于CCM和DCM之间，工作更接近DCM模式。在上一个导通周期结束后，下一个导通周期之前，电感电流将衰减为零，而且频率随着线路电压和负载的变化而变化。
优点：廉价芯片、便于设计，没有开关的导通损耗，升压二极管的选择并非决定性的；
缺点：由于频率变化，存在潜在的EMI问题，需要一个设计精确的输入滤波器。

只看该作者 · 2023-5-30 20:20

有源功率因数校正(Active PFC)
这种方法可以改变电流波形的形状，使其跟随电压。这样，谐波被移到更高的频率上，因而更容易被滤除。使用最广泛的有源功率因数校正电路是升压变换器（见下图）。它与变压器类似，可以升高直流电压，同时降低电流。最简单的升压变换器由电感、晶体管和二极管组成。

升压变换器有两个工作阶段。在第一个阶段，当开关闭合时，电感通过电压源充电（在这种情况下，电压来自整流器）；当开关断开时，电感将先前存储的电流注入电路，以增加输出电压（Boost升压电路），同时还为电容充电，电容负责在电感充电时维持输出电压。

只看该作者 · 2023-5-30 20:21

如果开关频率足够高，则电感和电容都不会完全放电，并且输出端负载电压始终高于输入电压源。这就是连续导通模式（CCM）。开关闭合的时间越长（即晶体管导通的时间越长），输出端的电压也越大。如果占空比（相对于总开关周期的开关导通时间）得到适当控制，则输入电流波形可以整形为正弦波。

只看该作者 · 2023-5-30 20:21

但是，并非所有PFC变换器都采用连续导通模式。还有另一种方法，尽管牺牲了最终的功率因数质量，但开关损耗更少，电路成本更低，这种方法称为边界导通模式（BCM）或临界导通模式。它可以在电感完全放电时切换晶体管（参见下图），即零电流开关（ZCS）。零电流开关使升压变换器中的二极管能够更快、更轻松地改变极性，从而降低了对高质量、高成本组件的需求。

只看该作者 · 2023-5-30 20:31

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变换器跟踪输入电压，使输出电流看起来就像频率为50Hz的正弦波，但其波形仍然与纯正弦波相差很大，因此逻辑上它仍有大量谐波分量。由于谐波分量为开关频率的倍数，比50Hz基频高很多（50kHz至100kHz），因此可以很容易地被滤除。这显著提高了功率因数，可以使开关电源的PF值高达0.99。

只看该作者 · 2023-5-30 20:32

MPS提供的MP44010控制器即为一款BCM功率因数校正器。当连接到升压变换器时，其ZCS引脚检测电感何时放电并激活MOSFET（如下图中的Q1）。该器件还可以比较电流和电压，调整电流峰值以跟随输入电压的波形（通过R10电压取样反馈起到稳压作用，通过R8的取样反馈起到限流作用）。

只看该作者 · 2023-5-30 20:32

PFC电流