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半无桥式/交错式PFC特性揭秘

导读: 本文将分理论与实务两方面评估PFC拓扑架构,让设计人员能根据系统需求选择最适用的拓扑。

  为了节省能源,包括能源之星、拯救气候,还有其他八十多项与运算电源相关的计划,都要求脱机式交流对直流(AC-DC)电源转换器具备功率因子校正(PFC)功能,期发挥更高的效率。本文将分理论与实务两方面评估PFC拓扑架构,让设计人员能根据系统需求选择最适用的拓扑。
 
  为了节省能源,某些公营事业公司及环保机构研拟出许多方案与奖励计划,期望能够使脱机式交流对直流(AC-DC)电源转换器发挥更高的效率。为减少电线传输的耗损,这些公司和机构都要求脱机式转换器具备功率因子校正(PFC)功能。这些方案包括能源之星(Energy Star)、拯救气候(Climate Savers),还有其他八十多项与运算电源相关的计划。这些计划在本质上相似,均都要求脱机式电源转换器在负载从20%升高到100%时,发挥80%以上的效率,同时要求在满负载时,其功率因子要达到0.9以上。

  为了达到这些功率因子需求,设计人员须导入PFC预整流器(Pre-regulator)。目前已开发出两项创新的PFC控制拓扑,可提升PFC控制器的效率。第一种拓扑是半无桥式PFC,可减少一半的桥式整流器耗损;第二种拓扑是交错式PFC,可减少高达50%的转换器I2R耗损。这两项技术均须使用两个升压功率级来提升效率,因此,设计人员经常要对这两种拓扑架构进行抉择。为了厘清这个问题,以下将分理论与实务两方面评估,让电源供应设计人员能根据系统需求选择最适用的拓扑。  

  半无桥式PFC效率/电感尺寸难兼得  

  图1为半无桥式PFC预整流器的电路拓扑图。此拓扑须搭配两个升压功率级(Boost1及Boost2)以实现PFC,升压电感直接连接到转换器的输入。此一拓扑也须采用全波整流器(DA、DB、DC及DD),使一般PFC升压电容(CBOOST)在最初的通电时间可达到最高电量。然而,在升压电容的电量达到最高,转换器启动运作之后,电源转换器在每一次二极管网桥传导期间,只会有一个整流器二极管(DA或DB)处于工作状态,不像在全桥式拓扑中,一般会有两个二极管同时进行传导。这与以两个桥式整流器二极管进行传导的传统PFC升压相当不同。这项创新技术可免除一个整流器二极管所产生的传导损耗而提升效率,进而提升整体系统的效率。 


 
图1 半无桥式PFC预整流器与其电路拓扑

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