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2018.09.20 Si功率元件

什麼是PFC

發揮其特長的應用事例

從本文開始將介紹在實際應用電路中二極體和電晶體的特性和性能不同會帶來什麼樣的差異、使用上有什麼區分。首先以PFC(功率因數校正)為例開始,有些電子裝置是必須配備PFC的,所以此次先稍微介紹一下PFC。

什麼是PFC

PFC(功率因數校正)是指改善功率因數,並使功率因數接近1。這是通過使功率因數角(相位角)接近0°,從而減小電壓與電流的相位差,使視在功率接近有效功率。同時抑制諧波電流。諧波抑制在國際標準IEC61000-3-2中已經分類限值並規定了最大額定諧波電流,對應的電子裝置基本上都配備PFC。

單級PFC與Interleaved(交錯式)PFC

PFC的基本工作是使電感電流呈三角波狀,並控制電流使其平均值為正弦波,從而校正電壓和電流的相位差。下面是以單級和交錯式為例的PFC基本電路。

顧名思義,單級PFC由1組開關(電晶體)、二極體、電感構成,而交錯式PFC由2組構成,開關以180°相位差進行驅動。所以,單級PFC的電感電流因ON/OFF而呈單一的三角波狀,而交錯式PFC則三角波重疊。其結果是漣波電流減小,有效頻率翻倍。右圖是每個電感的電流波形和交錯式PFC的電流波形示意圖。

交錯式使用2組開關,因此開關損耗分散,每個開關上的負載減輕,使熱設計更容易。另外,漣波電流更小,有效頻率更高,從而有助於減小濾波器尺寸。這與DC/DC轉換器的雙相驅動原理相同。

臨界模式(BCM)與連續模式(CCM)

PFC的控制一般採用兩種模式,一種是在電流為零的時間點進行的電流臨界模式(BCM:Boundary Current Mode),一種是在電感連續流過電流的狀態下使用的電流連續模式(CCM:Continuous Current Mode)。

BCM是在二極體電流變為零的時間點開始切換,所以二極體中不會流過反向回復電流。但是,電流從零到最大值變化較大,所以電感和二極體的峰值電流將增加。而CCM的特長是在二極體中有電流流動的狀態下開關導通並強制關斷二極體,所以會流過較大的反向回復電流,並產生切換雜訊。但連續流動的電感電流幾乎為直流,漣波也很小。

方式不同,輸出功率也不同

上述單級方式和交錯方式、BCM控制和CCM控制的不同會造成輸出功率和峰值電流特性的不同。一般輸出功率較大的電路中多使用交錯式PFC及CCM控制。下圖為比較示例。

重點:

・PFC(功率因數校正)是指針對功率因數進行校正,並使其接近1。

・PFC的方式包括單級和交錯式,交錯式可分散損耗因而熱設計更容易。

・PFC的模式包括臨界模式(BCM)和連續模式(CCM),一般大功率電路中多使用CCM。

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