作者@@：安森美@@战略营销总监@@Yong Ang
电网@@提供的@@电能是交流电@@，但我们使@@用的@@大多数设备@@都需要直流电@@，这意味着进行这种转换的@@交流@@/直流电源是能源网@@上最常见的@@负载之一@@。随着世界关注能效以保护环境并管理运营成本@@，这些电源的@@高效运行变得越来越重要@@。
效率作为输入功率@@与@@供给负载的@@功率@@之间的@@比率衡量@@，很容易理解@@。但是@@，输入功率@@因数@@也有很大的@@影响@@。功率@@因数@@(PF)描述了任何交流电设备@@@@(包括电源@@)消耗的@@有用@@(真实@@)功率@@与@@总@@(视在@@@@)功率@@(kVA)之间的@@比值@@。PF衡量消耗的@@电能转换为有用功输出的@@有效性@@。
如果负载是纯阻性负载@@，PF将@@等于@@1，但任何负载内的@@无功@@188足彩外围@@app 都会降低@@PF，使@@视在@@@@功率@@大于有用功率@@@@，从而导致效率降低@@。
PF小于@@1是由电压和@@电流相位不同引起的@@@@——这在@@感性负载中@@很常见@@。它也可能是由于@@谐波含量高或@@电流波形失真@@，这在@@开关型电源@@(SMPS)或@@其他类型的@@不连续电子@@负载中@@很常见@@。
校正@@PF
许多不带@@PF校正@@的@@@@SMPS比经过校正@@的@@@@@@SMPS消耗的@@电流更高@@，因此@@在@@功率@@水平高于@@70W的@@条件下@@，立法要求设计人员添加电路@@将@@@@PF的@@值校正@@为接近@@1。最常见的@@有源@@PF校正@@(PFC)技术@@使@@用升压转换器将@@整流电源转换为直流高电平@@，然后使@@用脉宽调制@@(PWM)来调节直流电平@@。
虽然这项技术@@效果很好且易于实施@@，但也存在@@一些挑战@@。现代@@效率标准@@(如严格的@@@@“80+ 钛金标准@@”)要求在@@整个宽功率@@范围内具有高效率@@，在@@50%负载条件下的@@峰值效率需达到@@96%。由于@@PFC级之后的@@@@DC-DC转换器通常具有@@2%的@@损耗@@，线性整流和@@@@PFC级本身只能损耗@@2%——这对桥式整流器中@@的@@二极管来说是一个挑战@@。
图@@1：传统@@(左@@)和@@(右@@)无桥图@@腾@@ PFC电路@@
然而@@，如果将@@升压二极管@@(D5)替换为同步整流器@@，效率则会提高@@@@。此外@@，只需要两个线性整流二极管@@，也可以采用@@同步整流器@@(Q3和@@Q4)，进一步提高@@效率@@。这种技术@@被称为图@@腾柱@@PFC(TPPFC)，借助理想电感和@@出色开关@@，效率可以接近@@100%。现代@@MOSFET具有出色的@@性能@@，但尚未达到理想开关的@@水平@@——即使@@并联使@@用时也很难达到@@。因此@@，宽带隙半导体开关将@@与@@图@@腾柱@@PFC拓扑携手并进@@。
应对损耗@@
随着开关频率不断提高@@的@@发展趋势@@，开关器件@@中@@的@@动态损耗会产生更大的@@影响@@。这些损耗是@@MOSFET被配置为图@@腾柱高速开关桥臂时的@@反向恢复所致@@，当其体二极管在@@开关@@“死区@@”时间内导通时@@，必须耗尽相关的@@存储电荷@@，损耗也来自于开关输出电容的@@充电和@@放电@@。
事实上@@，硅基@@MOSFET的@@动态损耗可能相当大@@，因此@@，设计人员越来越多地在@@@@TPPFC应用中@@指定使@@用宽带隙半导体材料@@，例如碳化硅@@(SiC)和@@氮化镓@@(GaN)器件@@。这些器件@@的@@附加优势是更高工作频率和@@高温工作能力@@——这两个特性在@@电源应用中@@非常有用@@。
临界导通模式@@(CrM)通常是@@TPPFC的@@首选导通模式@@，尤其是在@@功率@@高达几百瓦时@@，该模式提供了效率和@@@@EMI 性能之间的@@良好折衷@@。连续导通模式@@(CCM)可进一步降低开关中@@的@@@@RMS电流和@@导通损耗@@，使@@TPPFC能够适用于千瓦级额定功率@@的@@应用@@。
即便使@@用@@CrM，效率在@@轻负载条件下也会明显下降@@(可达@@10%)，这在@@我们试图@@满足待机或@@空载能耗限制时带来了真正的@@挑战@@。一种解决方案@@是箝位或@@@@“折返@@”最大允许频率@@，从而在@@轻负载条件下强制电路@@进入@@DCM，该模式下的@@较高峰值电流仍低于同等@@CrM实现中@@的@@峰值电流@@。
将@@TPPFC与@@CrM工作和@@频率箝位相结合@@，可提供一个良好的@@中@@等功率@@解决方案@@@@，在@@整个负载范围内提供出色的@@效率@@，尤其是当@@WBG开关用于高频桥臂时@@。
其他挑战@@
解决了效率挑战后@@，还需要克服最后一个障碍@@。需要同步驱动四个有源器件@@@@，并且必须检测电感的@@零电流交越以强制@@CrM。该电路@@必须能够在@@需要时自动切换进入和@@退出@@DCM，而且在@@完成所有这些操作的@@同时@@，保持高功率@@因数@@并生成一个@@PWM信号来调节输出@@。除此之外@@，还要求提供电路@@保护@@(例如过电流和@@过压@@)。
一般来说@@，鉴于所涉及的@@复杂性@@，最佳方法是在@@微控制器@@中@@实现控制算法@@。然而@@，这种方法可能很昂贵@@，而且需要生成并调试代码@@，这是许多设计人员希望避免的@@领域@@。
采用@@CrM的@@TPPFC无代码解决方案@@@@
完全集成的@@@@TPPFC控制解决方案@@具有许多优势@@，包括能够提高@@性能水平@@、缩短设计时间和@@降低设计风险@@，同时无需采用@@微控制器@@和@@相关代码@@。
安森美@@(onsemi)提供的@@混合信号@@TPPFC控制器@@NCP1680就是这样一种集成解决方案@@@@，该控制器@@在@@恒定导通时间的@@@@CrM下工作@@，确保在@@整个负载范围内实现高效率@@。NCP1680可在@@轻负载条件下提供频率折返@@期间的@@@@“谷底开关@@”，通过在@@最低电压下进行开关操作来提高@@效率@@。数字电压控制环路经过内部补偿@@，可优化整个负载范围内的@@性能@@，同时能够确保设计过程保持简单@@。
图@@2：NCP1680提供了简单而精巧的@@无代码@@TPPFC解决方案@@
这款创新的@@控制器@@采用@@小型@@SOIC-16封装@@，利用专有的@@低损耗方法进行电流检测和@@逐周期限流@@，无需外部霍尔效应传感器即可提供出色的@@保护水平@@，从而降低复杂性@@、尺寸和@@成本@@。
所有必要的@@控制算法都嵌入在@@@@IC中@@，为设计人员提供低风险@@、经过试用和@@测试验证的@@解决方案@@@@，在@@经济价位下提供高性能@@。