PFC架构的加入，可有效提高电网利用率

电子发烧友网报道（文/李诚）近年来，新能源汽车、超充桩、氮化镓快充等概念大火，对电力需求提高。工程师们不断优化电路方案，以实现更高的系统效率和更快的系统响应速度，减少元器件的用量，降低产品成本。现在很多电源适配器、电源管理模块的电路拓扑中都加入了PFC电路架构以提高系统效率。
 
PFC电路作用及特点
 
PFC（功率因素校正），其主要作用是表示实际有效功率和总耗电量的关系，PFC值表示电力被有效利用的程度，PFC值越高，代表电能被有效利用率越高。PFC电路一般会设计在电源开关电路中，提高功率因素，减小无功功率的损耗，从而达到提高电网利用率的效果。
 

公式：功率校正因素=有效功率/总耗电量

 
PFC电路主要分为主动式PFC和被动式PFC。主动式PFC也可称有源PFC，其电路主要特点为体积小、功率因素高、输出直流电压纹波小、滤波电容少。主动PFC是通过PFC控制器对电流波形进行调制及相位补偿，功率因素最高可达98%以上。使用了主动电路PCF电路的电路无需再添加待机变压器在电路中，可有效减小设备体积。被动式PFC也可称为无源PFC，被动式PFC的功率因素低于主动式PFC，被动式PFC功率因素一般在0.7~0.8之间。主要是通过电感补偿的方式来减小相位差提高功率因素。在制造成本方面主动式PFC的成本较高。为实现电网利用率达到最高，往往采用主动式PFC电路。想要达到更高的功率因素主要还是看PFC控制芯片的性能。下文将对几款PFC芯片进行讲解。
 
ST 基于BCD 60II技术的PFC控制芯片
 

 

 

 

（ST L4981 PFC控制器电路拓扑 图片来源：ST官网）

 
L4981系列是意法半导体基于BCD 60II技术的PFC控制器芯片，该系列芯片可实现高达99%的功率因素，并且内部集成了高效的电源效率控制功能，L4981可用于主电源电压在 85V 至 265V 电压之间的系统中，无需任何线开关，且可在－40℃~125℃的环境温度下正常工作。 L4981系列提供了两款PFC芯片，L4981A为固定频率，L4981B为线性调制频率，并对滤波器的大小进行了优化，固定频率平均电流模式和线路调制频率平均电流模式分别与PWM 控制器配合使用，无需坡度补偿即可保持正弦线电流。在内部功能集成方面，除了内集成电源 MOSFET 门驱动程序外，还集成了误差放大器、欠压锁定、电流传感器及软起动，为了外围电路更为精简，还集成了电流保护和电压保护等功能，可通过调制L4981A电阻的大小来提高过流保护等级。L4981A采用外部隔离能更好的提高精度。
 
MPS CrM/DCM 多模式 PFC 控制芯片

 

（MP44018A PFC控制器电路拓扑 图片来源：MPS官网）

 
MP44018A 是一款CrM/DCM 多模式 PFC 控制器，该 PFC控制器可应用于85V~305V的电压网络中，在－40℃~125℃的环境温度下工作对芯片造成影响不大。MP44018A内部集成度高，外围电路元器件较少，电路简单。在轻载状态时功率因素为50%，在负载状态时功率因素达95%以上。由于该PFC控制芯片的供电电流较小，仅为2.1mA，在待机状态下可实现低于30mW的待机功耗。为提升轻载效率，MP44018A在轻载状态下采用了延长死区时间的方法来降低开关频率。与传统固定的死区时间相比采用可调整死区时间的方法，可实现更低的总谐波失真。在降低开关损耗方面该PFC控制芯片还采用了谷底导通的方式，使开关损耗最小化。MP44018A为提高系统可安全性、可靠性，在芯片内部集成了过压保护、限流保护、过流保护、欠压保护、使能进入和欠压退出（BI和BO）、过温保护等保护功能。
 
连续导通模式（CCM）PFC 控制芯片

 

 

（ICE3PCS01G PFC控制芯片电路拓扑 图片来源：英飞凌官网）

 
ICE3PCS01G是一颗采用了BiCMOS技术的第二代连续导通模式PFC控制芯片，该PFC控制芯片可在85V~265V较宽范围的交流电网中使用，在负载状态下功率因数可达90%以上，内部集成了升压转换器，可在连续导通的模式下工作。该芯片内部电路采用内部电流回路和外部电压回路分级联控的方式。它利用PWM占空比对线路输入电压的依赖性来确定相应的输入电流。在轻负载条件下，系统可不进入连续导通模式（DCM)，从而避免产生更高的谐波。外部电压回路控制着输出最大电压，并在芯片内进行数据处理，根据负载条件将内部PI补偿转换为适当的直流电压，以控制输入电流的振幅。该PFC控制芯片还集成了很多保护功能，如欠压锁定、过压保护、欠压保护等，以确保设备能安全稳定的运行。
 
总体来说，通过以上三款芯片的比较，ST的 L4981系列最为出色，功率因素达到了99%以上，将无功功率最小化，电路中使用这款PFC控制芯片，可有效降低电路损耗。
 
总结
 
自从IEC61000-3-2标准颁布生效后，众多厂商在生产电器时都会考虑到功率因素的问题，是否需要在电路中加入PFC电路，PFC电路能有效的减少电源无用功率，提高电网电力的利用率。