提高电源转换效率的交错式PFC控制技术及应用
电源设计工程师设计交错式PFC转换器已有数年，但因缺少合适的控制器，所以对电源控制的设计必须非常谨慎。为使交错式PFC设计变得更轻松，德州仪器(TI)开发出两款交错式PFC控制器：一款为针对平均电流模式预调节器的控制器(UCC28070)，另一款为针对交错式转移模式PFC预调节器的控制器(UCC28060)。本文将讨论如何利用交错式PFC及其控制技术来增加功率密度、提高系统效率并降低系统成本。
交错式PFC升压预调节器(图1)仅由两个PFC升压转换器组成，这两个升压转换器的工作相位相差180°，可降低由电感电流(IL1和IL2)引起的输入电流(IIN)。由于电感高频纹波电流为反相，所以二者相互抵销，从而降低由升压电感电流引起的输入纹波电流。电感纹波电流的消除允许电源设计工程师在减少由升压电感引起的输入纹波的同时并联升压PFC预调节器，这可以降低总的电感升压幅度和/或缩小EMI滤波器尺寸。此外，与单级拓扑结构相比，交错式PFC预调节器的高频输出电容的均方根(RMS)电流(ICOUT)不到前者的50%。高频升压电容的RMS电流的减少最多可以使升压电容数量下降25%。请不要将升压电容数量与设计时所需的电容数量相混淆，转换器所需的电容数量一般由保持时间决定。
图1：交错式PFC升压预调节器仅由两个PFC升压转换器。
与单级预调节器相比，交错式PFC预调节器最多可以将设计所需的总电感能量降低50%。为详细说明这一点，可考虑单级PFC所需的电感能量(ES(L))以及交错式PFC所需的总电感能量(EI(L1+L2))的公式。对于相同的功率级，如果在这两种设计中使用相同的电感值，那么交错式设计所需的总电感能量只有单级设计的一半。事实上，交错式设计所减少的电感能量最多可以使磁体体积减少32%。
通过比较单级PFC的传导损耗(PCS)与交错式PFC的总体传导损耗(PCI)可看出：与单级功率因数校正转换器相比，交错式PFC预调节器可最多可使传导损耗降低50%。传导损耗的降低将使交错式PFC预调节器在更高的电压下具有更高的效率(此时传导损耗为主要损耗)。
过去，电源设计工程师被迫采用分立电路控制方案来控制交错式PFC预调节器。为帮助电源设计工程师实现交错式设计，TI推出了两款交错式PFC控制器，其中UCC28060控制器不仅能让两个转移模式PFC预调节器交错运行，还采用了恒定导通时间控制技术，不需要对电流进行检测。该技术消除了对升压FET源端的电流检测电阻的需求，只有在保护升压FET的峰值限流电路中才需要电流检测。峰值限流比较器被设计成在200mV时才被触发，该触发电压还不到转移模式PFC控制器通常所需电流感应信号的电压的1/6。由于具有电流检测功能，这种创新技术大大降低了传导损耗。图2为采用UCC28060控制IC的交错式PFC预调节器原理图。
图2：采用UCC28060控制IC的交错式PFC预调节器原理图。
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