PFC在电源设计中的作用

数字控制PFC

用于电源的低成本、高性能数字控制器的出现使得这类控制器开始应用于PFC设计。数字控制器可提供可编程配置、非线性控制、低器件数和实现通常使用模拟方法很难实现的复杂功能的能力。

如今的大多数数字功率控制器(比如TI的UCD3020)都具有集成式功率控制外设和功率管理内核，包括数字环路补偿器、快速模数转换器(ADC)、带内置死区时间的高分辨率数字脉宽调制器(DPWM)、低功耗微控制器等。这些控制器支持无桥PFC等复杂的高性能电源设计。

例如，无桥PFC可以整合两个直流-直流升压电路：L1、D1、S1和L2、D2、S2(图11)。D3和D4是慢速恢复二极管。单独感测以内部电源地为基准的线路和中性点电压可实现输入交流电压的测量。通过比较感测的线路和中性信号，固件可以判断是正半周期还是负半周期。在正半周期时，第一个直流-直流升压电路(L1-S1-D1)是有源电路，升压电流通过D4返回至交流中性线。在负半周期时，L2-S2-D2为有源电路，升压电路通过D3返回至交流电源线。

与采用相同的功率器件的传统单相PFC相比，无桥PFC和单相PFC应具有相同的开关损耗。不过，无桥PFC电流仅通过一个慢速二极管(正半周期时为D4，负半周期时为D3)，而不是同时通过两个二级管。因此，效率的提升依靠的是一个二极管与两个二极管之间的传导损耗之差。

无桥PFC的效率还可以通过全面导通不活动的开关来提升。比如，在正周期时，S2可以全面导通，而S1由PWM信号控制。由于在流动的电流低于某个值时MOSFET S2上的电压降可能低于D4，返回电流会部分或全部流过L1-D1-RL-S2-L2，然后返回至交流电源。这就降低了传导损耗，从而提高了电路效率(特别是在轻负载下的电路效率)。同样，在负周期时，S1全面导通，而S2则进行开关控制。

在相同的交流电压和直流输出电压下，输出电流与电压回路输出成正比。在此基础上，频率和输出电压可以进行相应地调整。固件实现数字控制器中的电压回路。由于输出已知，因此很容易就能以低于模拟方法的成本实现该功能。

更多的数字PFC控制器

ADI公司最近发布了ADP1047和ADP1048数字PFC控制器，这两款控制器还可以提供输入电能计量和浪涌电流控制。ADP1047用于单相PFC应用，而ADP1048则针对交错式和无桥PFC应用。

数字PFC功能基于传统的升压电路来为AC-DC系统提供最佳的谐波校正和功率因数。所有的信号都被转换成数字信号，从而最大限度地提高灵活性；关键参数可以通过PMBus接口进行报告和调整。

总的来说，ADP1047和ADP1048的配置可以帮助设计工程师优化系统性能，最大限度地提高负载范围的效率。这两款IC可以精确地测量RMS输入电压、电流和功率。然后该数据可以通过PMBus接口报告给电源的微控制器。

ADP1048的无桥升压配置可以消除PFC转换器的桥式输入引起的传导损耗(图12)。在这种配置中，两个功率MOSFET必须单独驱动，以实现最高效率。从ADP1048发出的信号可以实现这一点。IBAL引脚可以检测出交流线路相位和零交叉点。IBAL引脚的最高额定电压为VDD + 0.3 V，因此该引脚需要采用合适的箝位电路进行保护。

在正交流电源线相位时，只有一个升压级在有效工作。第二个级为无源级；Q2中的电流从源极流至漏极。在此相位时将Q2 FET全面导通可以最大限度地降低Q2的传导损耗。当交流线路相位变为负时，Q1和Q2的角色则出现反转，Q2进行有源开关，而Q1则始终处于导通状态。相位信息通过IBAL引脚从交流线路中检测。在软启动阶段，两个FET都作为预防措施进行开关操作。当IBAL引脚上的相位信息损坏或者不准确时就会出现这样的情况。