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2018.08.23 Si功率元器件

什么是PFC

发挥其特征的应用事例

从本文开始将介绍在实际应用电路中二极管和晶体管的特性和性能不同会带来什么样的差异、使用上有什么区分。首先以PFC(功率因数改善)为例开始,有些电子设备是必须配备PFC的,所以此次先稍微介绍一下PFC。

什么是PFC

PFC(功率因数改善)是指改善功率因数,并使功率因数接近1。这是通过使功率因数角(相位角)接近0°,从而减小电压与电流的相位差,使视在功率接近有功功率。同时抑制谐波电流。谐波抑制在国际标准IEC61000-3-2中已经分类限值并规定了最大容许谐波电流,相应的电子设备基本上都配备PFC。

单级PFC与交错式PFC

PFC的基本工作是使电感电流呈三角波状,并控制电流使其平均值为正弦波,从而校正电压和电流的相位差。下面是以单级和交错式为例的PFC基本电路。

顾名思义,单级PFC由1组开关(晶体管)、二极管、电感构成,而交错式PFC由2组构成,开关以180°相位差进行驱动。所以,单级PFC的电感电流因ON/OFF而呈单一的三角波状,而交错式PFC则三角波重叠。其结果是纹波电流减小,有效频率翻倍。右图是每个电感的电流波形和交错式PFC的电流波形示意图。

交错式使用2组开关,因此开关损耗分散,每个开关上的负载减轻,使热设计更容易。另外,纹波电流更小,有效频率更高,从而有助于减小滤波器尺寸。这与DC/DC转换器的双相驱动原理相同。

临界模式(BCM)与连续模式(CCM)

PFC的控制一般采用两种模式,一种是在电流为零的时间点进行开关的电流临界模式(BCM:Boundary Current Mode),一种是在电感连续流过电流的状态下使用的电流连续模式(CCM:Continuous Current Mode)。

BCM是在二极管电流变为零的时间点开关导通,所以二极管中不会流过反向恢复电流。但是,电流从零到最大值变化较大,所以电感和二极管的峰值电流将增加。而CCM的特征是在二极管中有电流流动的状态下开关导通并强制关断二极管,所以会流过较大的反向恢复电流,并产生开关噪声。但连续流动的电感电流几乎为直流,纹波也很小。

方式不同,输出功率也不同

上述单级方式和交错方式、BCM控制和CCM控制的不同表现为输出功率和峰值电流特性的不同。一般输出功率较大的电路中多使用交错式PFC及CCM控制。下图为比较示例。

关键要点:

・PFC(功率因数改善)是指改善功率因数并使功率因数接近1。

・PFC的方式包括单级和交错式,交错式可分散损耗因而热设计更容易。

・PFC的模式包括临界模式(BCM)和连续模式(CCM),一般大功率电路中使用CCM。

活用Si(硅)功率器件特征的应用事例