如何选择最优的190 W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(见参考资料[1])。实际上，交错式FCCrM PFC似乎进一步缩减了磁性元件的尺寸及成本。这些优势在190 W低高度电源中得以展现。

　　本文在参考资料[1]所示文章基础上进一步推进研究，在相同的190 W宽主电源输入范围、最大厚度13 mm的应用中探究总体PFC成本问题。

　　电感考虑事项表1重提了参考资料[1]的主要结论。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190 W(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300 W的46英寸液晶电视电源参考板(见参考资料[2])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(见参考资料[3])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(即NCP1607，见参考资料[4])，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11 A MOSFET的电流的一半。两颗5 A MOSFET替代了11 A 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0.8 A而非1.3 A)。这样，就可能使用2个39 μF/450 V电容，而非3个。

　　-电磁干扰(EMI)滤波器：交错式方案也削弱了电流纹波。例如，根据参考资料[5]所示，在典型宽主电源电压应用中，峰值到峰值纹波在0至60%之间变化。减小的纹波简化了差模滤波。如图3所示，交错式PFC采用了10 μH电感来通过EN55022规范，而单相CrM(或FCCrM) PFC要求使用50 μH差模线圈。

FCCrM与CrM单相方案采用几乎相同的功率元器件，因为它们在重负载条件下采用相同方式工作，器件的参数也是针对重负载条件工作而选定的。但如前所述，FCCrM方案中使用的电感尺寸更小。(单FCCrM方案段中)使用了单个200 μH EFD30线圈，而非两个串联的200 μH EFD30线圈。显而易见的是，控制器也变了。CrM方案采用NCP1607驱动(见参考资料[4])。为了方便起见，没有使 用特别控制器来测试FCCrM单相方案，相反，我们复用了参考板中使用的NCP1631交错式FCCrM控制器，只是简单地关闭驱动第二个支路的输出，从而获得单相FCCrM工作。

小结

表3小结了三种方案的设计差别，其中根据所选择的方案列举了可能选择的主要元器件，其中包括控制器(单相方案中采用了专用FCCrM控制器NCP1605而非NCP1631)。根据这些设计差别推算成本优劣势，可以看出交错式方案是性价比最高的方案。单相FCCrM是成本第二低的方案，而传统CrM方案成本最高！如果