如何利用被动式来提升PFC的数值

PFC的数值与电路的负荷性有着直接的关系。PFC是能够测量电气设备效率高低的重要指标之一，如果PFC的数值较低，说明电路无功功率大，设备的电量利用率并不高，并且进一步增加了线路供电的损失。那么如何针对PFC的效率，也就是数值来进行提升呢？本文就将针对如何利用被动PFC来提高PFC效率来进行介绍。

运用被动PFC的低成本解决方案

这一方案需要一个笨重的大体积LC滤波器。主动PFC广泛用于减少系统滤波器电感线圈的尺寸与重量。因此，增加效率与功率密度是主动PFC方案的关键设计因素。对于大功率交-直流变换器来说，连续传导模式（CCM）升压型主动PFC拓扑结构更受欢迎。与非连续传导模式（DCM）和临界传导模式CRM）不同的是，CCMPFC产生的波纹电流更小，可简化EMI滤波器设计以及保持小负荷下的稳定性。因此CCMPFC不仅广泛用于服务器与远程通信的电源供给，而且可用于平面显示器的电源供给。

按照功率变换器PFC改善功率密度的设计趋势，设计人员必须减少系统损耗与整个系统的尺寸、重量，或者增加开关频率，集成有源元件。

一种新型的MOSFET/二极管组合可以实现较高的功效，减少开关损耗。并且通过降低MOSFET的导通电阻，提高其开关速度完成CCMPFC控制器的设计。上述性能的改善，都离不开一种具有低反向恢复电荷（QRR）的SiC肖特基二极管。下面在一个400WCCMPFC应用当中，将其与常用的硅Si二极管/平面型MOSFET的组合方式进行比较，可看出本文所述MOSFET/二极管组合的优点。

与DCM升压电感的恒流相比，CCM下的PFC具备更多优势。通过EMI滤波的电流要比DCM或CRM中小得多，因此这些优势在大功率设计中更为明显。在一般情况下，MOSFET的功率损耗通常由它的开关损耗决定，事实上开关损耗是由分立升压二极管的反向回缩特性所引起的，而上述这个根源取决于工作电流与二极管温度。这些因素导致了二极管与MOSFET功率损耗的增加，进而影响到变流器的性能。

图1

图2

图1与图2所示为CCMPFC的工作情况，包括电流和电压波形，可看出低QRR对PFC二极管的重要性。一开始，二极管D1引入输入电流，同时还有二极管中的少量积累电荷。在开关导通的过程中，MOSFETM1导通，二极管D1关断。巨大的导通电流流过MOSFET，除了经整流的输入电流以外还包括D1的反向恢复电流与放电电流。一般情况下，电流的变化率通过M1的封装电感及其他存在于外部回路的寄生电感进行限制。二极管电流波形的负值区域便是反向恢复电荷QRR，其中时间间隔长度（t0到t2）是反向恢复时间tRR。在t0与t1之间时，二极管保持正向偏置，因此MOSFET电压为VOUT+VF。在t1时间，p-n结附近的积累电荷被耗尽。二极管反向电流持续存在，直至消除所有残留的少量积累电荷。在t2时间，这些电流基本上为零，二极管在反向偏置条件下达到稳态。这些由硅Si二极管反向恢复特性所引起功率损耗，限制了CCMPFC的功效与开关频率。

CCMPFC中最值得关注的是减少MOSFET与升压二极管的传导性与开关损耗。如果想设计一高性能的、且具有较小尺寸与较高的工作频率的CCMPFC，其MOSFET要求如下：较小的导通电阻以减少传导损耗；低CGD以减少开关损耗；低QG以减少栅极驱动功率；低热阻。同样，升压二极管要求如下：tRR时间短以减少MOSFET导通损耗；低QRR以减少二极管开关损耗；小VF以减少传导损耗；温和的反向回缩特性以减少EMI；低热阻。

本文只是众多能够提升PFC性能的方式之一，其他一些别的方式也能够很好的针对PFC进行提升。虽然本文只针对被动式来提高PFC的方法进行了介绍，但是其中涉及的知识点还是比较多的，希望大家能够消化文中的全部知识点。