提高電源轉換效率的交錯式PFC控制技術及應用
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電源設計工程師設計交錯式PFC轉換器已有數年，但因缺少合適的控制器，所以對電源控制的設計必須非常謹慎。為使交錯式PFC設計變得更輕松，德州儀器(TI)開發出兩款交錯式PFC控制器：一款為針對平均電流模式預調節器的控制器(UCC28070)，另一款為針對交錯式轉移模式PFC預調節器的控制器(UCC28060)。本文將討論如何利用交錯式PFC及其控制技術來增加功率密度、提高系統效率并降低系統成本。
交錯式PFC升壓預調節器(圖1)僅由兩個PFC升壓轉換器組成，這兩個升壓轉換器的工作相位相差180°，可降低由電感電流(IL1和IL2)引起的輸入電流(IIN)。由于電感高頻紋波電流為反相，所以二者相互抵銷，從而降低由升壓電感電流引起的輸入紋波電流。電感紋波電流的消除允許電源設計工程師在減少由升壓電感引起的輸入紋波的同時并聯升壓PFC預調節器，這可以降低總的電感升壓幅度和/或縮小EMI濾波器尺寸。此外，與單級拓撲結構相比，交錯式PFC預調節器的高頻輸出電容的均方根(RMS)電流(ICOUT)不到前者的50%。高頻升壓電容的RMS電流的減少最多可以使升壓電容數量下降25%。請不要將升壓電容數量與設計時所需的電容數量相混淆，轉換器所需的電容數量一般由保持時間決定。
圖1：交錯式PFC升壓預調節器僅由兩個PFC升壓轉換器。
與單級預調節器相比，交錯式PFC預調節器最多可以將設計所需的總電感能量降低50%。為詳細說明這一點，可考慮單級PFC所需的電感能量(ES(L))以及交錯式PFC所需的總電感能量(EI(L1+L2))的公式。對于相同的功率級，如果在這兩種設計中使用相同的電感值，那么交錯式設計所需的總電感能量只有單級設計的一半。事實上，交錯式設計所減少的電感能量最多可以使磁體體積減少32%。
通過比較單級PFC的傳導損耗(PCS)與交錯式PFC的總體傳導損耗(PCI)可看出：與單級功率因數校正轉換器相比，交錯式PFC預調節器可最多可使傳導損耗降低50%。傳導損耗的降低將使交錯式PFC預調節器在更高的電壓下具有更高的效率(此時傳導損耗為主要損耗)。
過去，電源設計工程師被迫采用分立電路控制方案來控制交錯式PFC預調節器。為幫助電源設計工程師實現交錯式設計，TI推出了兩款交錯式PFC控制器，其中UCC28060控制器不僅能讓兩個轉移模式PFC預調節器交錯運行，還采用了恒定導通時間控制技術，不需要對電流進行檢測。該技術消除了對升壓FET源端的電流檢測電阻的需求，只有在保護升壓FET的峰值限流電路中才需要電流檢測。峰值限流比較器被設計成在200mV時才被觸發，該觸發電壓還不到轉移模式PFC控制器通常所需電流感應信號的電壓的1/6。由于具有電流檢測功能，這種創新技術大大降低了傳導損耗。圖2為采用UCC28060控制IC的交錯式PFC預調節器原理圖。
圖2：采用UCC28060控制IC的交錯式PFC預調節器原理圖。
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