你的位置:首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 正文

PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招

發(fā)布時(shí)間:2014-10-26 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】輸入功率大于等于75瓦的電源需要使用功率因數(shù)校正 (PFC)。功率校正因數(shù)能夠強(qiáng)制輸入電流隨輸入電壓變化而變化。功率因數(shù)、總諧波失真、效率是判斷PFC性能的標(biāo)準(zhǔn),在輕負(fù)載條件下,效率、PF、THD性能隨之降低。本文中主要解析了交流跳轉(zhuǎn)周模式是如何提高PFC輕負(fù)載效率的。

圖表1中顯示的是一個(gè)典型PFC效率曲線。需要注意的是,輕負(fù)載時(shí)效率變得越來(lái)越低。這是因?yàn)樵谳p負(fù)載時(shí),半導(dǎo)體元件的開關(guān)損耗、驅(qū)動(dòng)損耗和反向恢復(fù)損耗成為影響效率的主要因素。同時(shí),PFC有可能從連續(xù)傳導(dǎo)模式 (CCM) 轉(zhuǎn)換為斷續(xù)傳導(dǎo)模式 (DCM),這一轉(zhuǎn)換使得轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)性能突然發(fā)生變化,并且電流環(huán)帶寬大大減少。減小的電流反饋信號(hào)也使得對(duì)電路的控制變得十分困難。因此,電流波形的THD增加(圖表2)。本文提出一個(gè)在PFC進(jìn)入輕負(fù)載條件下時(shí)增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中,當(dāng)負(fù)載被減少到小于預(yù)定的閥值時(shí),PFC進(jìn)入一個(gè)特殊的突發(fā)模式。在這個(gè)模式下,根據(jù)負(fù)載的大小,PFC會(huì)跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)交流周期。換句話說(shuō),PFC會(huì)在一個(gè)或多個(gè)交流周期內(nèi)關(guān)閉,而在下一個(gè)交流周期到來(lái)時(shí)重新打開。打開/關(guān)閉情況出現(xiàn)在交流零交叉點(diǎn)上,這樣的話就跳過(guò)了整個(gè)交流周期。此外,由于PFC打開/關(guān)閉出現(xiàn)在電流為零的時(shí)候,所以產(chǎn)生的應(yīng)力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會(huì)更小。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)脈寬調(diào)制 (PWM) 脈沖跳躍突發(fā)模式不同;在這種模式下,PWM脈沖被隨機(jī)跳過(guò)。

PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招 PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招
圖1:典型PFC效率曲線
圖2:電流波形的THD增加
 
將被跳過(guò)的交流周期數(shù)量與負(fù)載成反比。如果負(fù)載持續(xù)減少到閥值以下,將會(huì)有更多的交流周期被跳過(guò)。

按照負(fù)載與將被跳過(guò)的周期數(shù)量之間的關(guān)系可生成一張查詢表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)時(shí)可跳過(guò)的最大交流周期數(shù)量。圖表3顯示了在不同負(fù)載下跳過(guò)的四個(gè)不同數(shù)量的交流周期。一旦PFC關(guān)閉,開關(guān)損耗、驅(qū)動(dòng)損耗和反向恢復(fù)損耗全部減少為零,并且功率損耗只是PFC待機(jī)功率。由于電流為零,THD為零。當(dāng)PFC打開時(shí),它傳送的功率大于輕負(fù)載條件下所需要的功率,這是因?yàn)樗枰獙?duì)關(guān)閉期間的功率進(jìn)行補(bǔ)償。由于現(xiàn)在PFC在中度負(fù)載中運(yùn)行或者完全關(guān)閉以跳過(guò)交流周期,輕負(fù)載效率被增加,而THD被減少。圖表4和5顯示了這一特殊突發(fā)模式所帶來(lái)的效率和THD方面的改進(jìn)。
PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招
圖3:不同負(fù)載下被跳過(guò)的交流周期數(shù)量典型的PFC效率曲線實(shí)例
 
需要注意的是,當(dāng)PFC關(guān)閉來(lái)跳躍交流周期時(shí),需要將電流環(huán)路和電壓環(huán)路凍結(jié)。否則的話,這些環(huán)路中的積分器發(fā)生累積,在PFC重新打開時(shí)生成一個(gè)較大的PWM脈沖,這個(gè)脈沖會(huì)導(dǎo)致一個(gè)很大的電流尖峰。
[page]
為了確定PFC是否進(jìn)入輕負(fù)載狀態(tài),需要監(jiān)視負(fù)載信息。正常情況下,在PFC輸出上沒(méi)有電流傳感器,所以無(wú)法直接測(cè)量輸出負(fù)載。

然而,在VIN固定時(shí),PFC電壓環(huán)路輸出與負(fù)載成比例。因此,環(huán)路輸出可大體上用作一個(gè)指示器,確定PFC是否運(yùn)行在輕負(fù)載條件下。

如果需要跳過(guò)精確數(shù)量的交流周期才能將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi),那么就需要準(zhǔn)確的負(fù)載信息。由于電路中有一個(gè)測(cè)量PFC電流環(huán)路穩(wěn)壓輸入電流的電流分流器,那么就可以測(cè)量PFC的輸入功率。輸入電流和電壓可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 進(jìn)行監(jiān)視,然后這些轉(zhuǎn)換器可被用來(lái)計(jì)算實(shí)際的輸入功率。這些準(zhǔn)確的輸入功率信息可被用來(lái)精確地調(diào)節(jié)將被跳過(guò)的交流周期的數(shù)量。

PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招
圖4:效率比較
PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招
圖5:THD比較
PFC輕負(fù)載效率要提高,交流跳轉(zhuǎn)周有妙招
圖6:交流跳周期間0至100%的負(fù)載瞬態(tài)
 
這一方法中需要注意的一點(diǎn)是負(fù)載瞬態(tài)期間的壓降。假定PFC關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)負(fù)載升壓,VOUT有可能會(huì)下降很多。為了解決這個(gè)問(wèn)題,用比較器將VOUT與預(yù)定閥值進(jìn)行比較。一旦VOUT低于這個(gè)閥值,PFC將立即退出突發(fā)模式,交流周期跳躍被禁用,并且PFC返回到正常運(yùn)行。這種處理瞬態(tài)響應(yīng)的方法就好像沒(méi)有特殊突發(fā)模式一樣。圖表6顯示交流周期跳躍期間0至100%的負(fù)載瞬態(tài)效應(yīng)。需要注意的是,瞬態(tài)期間的VOUT壓降只有27V,這一壓降值對(duì)于一個(gè)360W PFC來(lái)說(shuō)很正常。

結(jié)論


本文中提出的方案使得PFC突發(fā)模式在PFC運(yùn)行在輕負(fù)載的條件下實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)交流周期跳轉(zhuǎn)。在此過(guò)程中,THD和效率都得到了提升。輸出電壓紋波在額定范圍時(shí),根據(jù)負(fù)載調(diào)節(jié)被跳過(guò)的交流周期數(shù)量更加精確,性能得到最大的提升。如果負(fù)載瞬態(tài)在PFC關(guān)閉時(shí)出現(xiàn),則突發(fā)模式會(huì)立即被禁用,PFC則用來(lái)處理負(fù)載瞬態(tài)效應(yīng)。如何來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能呢?無(wú)需其他,數(shù)字控制器完全能夠?qū)崿F(xiàn)。

相關(guān)閱讀:

如何以單級(jí)方式驅(qū)動(dòng)帶功率因數(shù)校正的LED
實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)改善與高效率的最新AC/DC電源技術(shù)
反激式LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中是如何校正功率因數(shù)的?

要采購(gòu)轉(zhuǎn)換器么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉