提高電源轉(zhuǎn)換效率的交錯式PFC控制技術(shù)及應(yīng)用
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電源設(shè)計工程師設(shè)計交錯式PFC轉(zhuǎn)換器已有數(shù)年，但因缺少合適的控制器，所以對電源控制的設(shè)計必須非常謹(jǐn)慎。為使交錯式PFC設(shè)計變得更輕松，德州儀器(TI)開發(fā)出兩款交錯式PFC控制器：一款為針對平均電流模式預(yù)調(diào)節(jié)器的控制器(UCC28070)，另一款為針對交錯式轉(zhuǎn)移模式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的控制器(UCC28060)。本文將討論如何利用交錯式PFC及其控制技術(shù)來增加功率密度、提高系統(tǒng)效率并降低系統(tǒng)成本。
交錯式PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器(圖1)僅由兩個PFC升壓轉(zhuǎn)換器組成，這兩個升壓轉(zhuǎn)換器的工作相位相差180°，可降低由電感電流(IL1和IL2)引起的輸入電流(IIN)。由于電感高頻紋波電流為反相，所以二者相互抵銷，從而降低由升壓電感電流引起的輸入紋波電流。電感紋波電流的消除允許電源設(shè)計工程師在減少由升壓電感引起的輸入紋波的同時并聯(lián)升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，這可以降低總的電感升壓幅度和/或縮小EMI濾波器尺寸。此外，與單級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的高頻輸出電容的均方根(RMS)電流(ICOUT)不到前者的50%。高頻升壓電容的RMS電流的減少最多可以使升壓電容數(shù)量下降25%。請不要將升壓電容數(shù)量與設(shè)計時所需的電容數(shù)量相混淆，轉(zhuǎn)換器所需的電容數(shù)量一般由保持時間決定。
圖1：交錯式PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器僅由兩個PFC升壓轉(zhuǎn)換器。
與單級預(yù)調(diào)節(jié)器相比，交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器最多可以將設(shè)計所需的總電感能量降低50%。為詳細(xì)說明這一點，可考慮單級PFC所需的電感能量(ES(L))以及交錯式PFC所需的總電感能量(EI(L1+L2))的公式。對于相同的功率級，如果在這兩種設(shè)計中使用相同的電感值，那么交錯式設(shè)計所需的總電感能量只有單級設(shè)計的一半。事實上，交錯式設(shè)計所減少的電感能量最多可以使磁體體積減少32%。
通過比較單級PFC的傳導(dǎo)損耗(PCS)與交錯式PFC的總體傳導(dǎo)損耗(PCI)可看出：與單級功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器相比，交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器可最多可使傳導(dǎo)損耗降低50%。傳導(dǎo)損耗的降低將使交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器在更高的電壓下具有更高的效率(此時傳導(dǎo)損耗為主要損耗)。
過去，電源設(shè)計工程師被迫采用分立電路控制方案來控制交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器。為幫助電源設(shè)計工程師實現(xiàn)交錯式設(shè)計，TI推出了兩款交錯式PFC控制器，其中UCC28060控制器不僅能讓兩個轉(zhuǎn)移模式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器交錯運行，還采用了恒定導(dǎo)通時間控制技術(shù)，不需要對電流進(jìn)行檢測。該技術(shù)消除了對升壓FET源端的電流檢測電阻的需求，只有在保護(hù)升壓FET的峰值限流電路中才需要電流檢測。峰值限流比較器被設(shè)計成在200mV時才被觸發(fā)，該觸發(fā)電壓還不到轉(zhuǎn)移模式PFC控制器通常所需電流感應(yīng)信號的電壓的1/6。由于具有電流檢測功能，這種創(chuàng)新技術(shù)大大降低了傳導(dǎo)損耗。圖2為采用UCC28060控制IC的交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器原理圖。
圖2：采用UCC28060控制IC的交錯式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器原理圖。
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