由于糟糕的功率因数 (PF) 导致电网损耗增加，因此要求越来越多的终端设备遵守严格的目标值。 空调已经完全受到监管，但其他电动设备，如吊扇、真空吸尘器或冰箱可能会紧随其后。
电源单元 (PSU) 效率提升一直是开发消耗大量电力的系统的重要研究目标。 由于具有数百瓦或更高额定功率的中高容量 PSU 需要高功率因数性能，因此此类设备具有两级结构，其中包括功率因数校正 (PFC) 电路。
PFC 功率级的效率对整体 PSU 性能很重要。 通过使用更好的开关部件（场效应晶体管 [FET] 和二极管）、改进磁性部件材料的开发以及电路结构研究的应用，PFC 电路性能不断提高。 在这篇文章中，我将解释如何选择和设计高效且具有成本竞争力的 PFC 扼流圈，以提高 PFC 功率级的效率。
图1
图 1 显示了典型的单相升压 PFC 主功率级。 在此拓扑中，四个因素对消耗影响最大：
1、桥式二极管损耗。
2、电感损耗，包括铁损和铜损。
3、续流二极管损耗，包括导通损耗和反向恢复损耗（后者仅在连续导通模式 [CCM] 下产生）。
4、开关器件损耗，包括开关损耗、传导损耗和驱动损耗。
图 1 显示了 PFC 级的哪些参数对效率有影响。 接下来，我们将讨论如何在 PFC 扼流圈设计中选择合适的磁性材料，以提高效率，同时又具有成本竞争力。
通常，磁芯分为合金型磁芯和铁氧体磁芯，合金型磁芯包括铁粉磁芯、铁硅铝粉磁芯、铁镍合金和非晶磁芯。 不同的磁性材料具有不同的特性：铁氧体磁芯具有很高的微值，因此您可以轻松获得高电感，但也很容易饱和。 合金型磁芯具有软饱和特性，这意味着即使通过短电流也不会饱和，这一特性在某些应用中非常有用。 表 1 比较了不同的磁性材料。
不同的磁芯形状具有不同的特性，例如成本、热和屏蔽特性。 表 2 比较了不同形状之间的关键特征。
当开始新设计时，首先应该知道的主要目标是什么：高效率、低成本或小尺寸。 不同的要求决定了应该选择哪种磁性材料才能达到最佳性能。
230V、3.5kW PFC 具有≥98% 的效率，针对 BOM 和尺寸参考设计进行了优化，是一种 TI 设计，特别适用于空调等电器应用。 在此参考设计中，我使用铁硅铝芯作为 PFC 扼流圈。 我选择 45kHz 作为主开关频率，因为在这个频率下，铁硅铝芯具有成本和效率的最佳平衡，因此我可以在高线路输入下获得非常高的效率。
表 3 和表 4 分别显示了 230VAC 和 270VAC 输入下的效率测试结果。 同时，由于铁硅铝芯具有软饱和特性，避免了主开关短路的风险。
从这些表中，可以看到，在不使用碳化硅 (SiC) 二极管等任何昂贵组件的情况下，可以在高线路输入下达到 98.6% 的峰值效率。
图 2 显示了 230VAC 输入下的工频 PFC 扼流电流； 形状与输入电压相同。 图 3 显示了 230VAC 输入下的开关频率 PFC 扼流电流。 从这张图中可以看出，开关在开启和关闭时几乎没有振铃噪声，这有助于提高电磁干扰 (EMI) 性能。
图3
图4