教你如何选择最优的190W纤薄PFC电源段方案

大多数功率因数校正(PFC)电源段采用临界导电模式(CrM)工作，这种模式控制电感电流从零跃升至期望的峰值电平，然后又降至零。由于这种模式依赖于电流周期的时长，故开关频率以交流线路电流需求的函数形式变化。不利的是，功率需求较低时，从交流线路流入的电流较小，开关频率“飙升”。这样一来，采用大电感就是将开关损耗和干扰降到可接受水平的唯一方式。

频率钳位临界导电模式(FCCrM)是安森美半导体NCP1606或NCP1631等控制器嵌入的一种技术。采用这种模式工作时，在高负载条件下，功率因数校正段以CrM工作，但在中等负载/轻载条件下( )，限制开关频率以提升能效。与传统CrM电路相比，FCCrM支持使用更小的电感。实际上，交错式FCCrMPFC似乎进一步缩减了磁性元件的尺寸及成本。这些优势在190W低高度电源中得以展现。

本文基本技术上进一步推进研究，在相同的190W宽主电源输入范围、最大厚度13mm的应用中探究总体PFC成本问题。

电感考虑事项表1提出了主要结论。由于FCCrM钳位开关频率，就不需要大电感来拉低CrM开关频率范围。因此，FCCrM大幅减小PFC段电感尺寸，采用交错式FCCrM方案时尤为如此。事实上，如表1所述，可以选择下述磁性元件用于190W(输入功率)、宽主电源范围、最大厚度13 mm的电视应用：

•CrM方案：两个EFD30串联

•FCCrM方案：单个EFD30

•交错式FCCrM方案：两个EFD20(每个支路一个)

横向比较

下一步，为了比较不同方案，我们以300W的46英寸液晶电视电源参考板作实验来比较这三种PFC方案。此参考板由安森美半导体开发，嵌入了由NCP1631驱动的FCCrM交错式PFC。我们利用这电路板来比较我们190 W应用的三种方案。由于本应用中集成的电感与表1中定义的电感不同(本应用中原线圈尺寸针对的是300 W功率)，首要修改此应用，确保能够使用2个EFD20元件。第二步， 动态地调节电路，测试CrM和FCCrM单相方案。就每项测试而言，PFC段的设计要使得三种方案的能效保持在接近相同的水平。

在图1中，我们可以看到采用调整后的交错式配置的电路板，这可从两个“飞跨”(flying)电感得到证实;图2显示的则是如何应用CrM控制器，而非原有的NCP1631交错式驱动器。

各种方案参数对比

不同的方案中，电感并不必然是唯一需要修改的元件。PFC段必须根据所测试的方案来调整。表2小结了构建这三种方案使用的经过了实际测试验证的主要设计指引。

交错式PFC包含两个支路，每个支路各传输总功率的50%。因此，这种方案采用的元器件数量更多，但尺寸更小。为了简单起见，这里就不具体的交错式设计准则。但如参考资料[5]中所详细介绍的，交错式技术能够优化下列元器件：

-功率MOSFET：在每个支路，MOSFET均方根(rms)电流仅为单相CrM或FCCrM PFC段中使用的11A MOSFET的电流的一半。两颗5A MOSFET替代了11A MOSFET。

-升压二极管：同样，每个支路的升压二极管传输的电流是总电流的一半。因此，各个支路就有可能使用较小的MUR160。

-大电容：交错式方案迫使两个支路异相(out-of-phase)工作，旨在大幅降低大电容的均方根电流(降至0.8A而非1.3A)。这样，就可能使用2个39µF/450V电容，而非3个。