【技术文章】零基础掌握先进的PFC+LLC解决方案(PFC篇)

在电能质量和用电效率越来越重要的背景下,采用PFC+LLC架构的电源设计越来越普及,并已经开始在很多应用中替代传统的无PFC的方案或简单的反激、正激方案。今天我们从基础说起,让各位从入门到精通掌握PFC+LLC的先进解决方案。

首先,为什么要用PFC?

一个没有PFC的电源在AC输入端的波形通常是长这样的


一想到这么多尖尖电流在我们的电网里流通,是不是有种如坐针毡的感觉?PFC就是用来解决这个问题的。虽然听起来就很贵的样子,但是PFC可以把AC输入端的波形变成这样,不止可以保护电网质量,还能治好工程师的强迫症(手动狗头)。

PFC可以有很多种不同实现方式,但大部分实用电路都是在Boost或在Boost基础上的衍生变形。

而从控制方式的角度来说,PFC主要可以分为CCM和CrM两类。

CCM控制是指Boost电路中的电感电流处于连续导通状态,这样的好处可以用峰值比较低的电感电流实现比较大的输出功率,但同时所带来的问题是二极管反向恢复引入的开关损耗;CrM控制是指Boost电路中的电感电流处于临界导通状态,这种状态下二极管电流是自然过零关断的,所以没有反向恢复问题,但在实现同等输出功率的情况下,CrM的电感电流峰值必然大于CCM,这不利于电感设计。基于上述特点,CCM适合更大功率,而CrM适合较小的功率。二者的合理分界线通常在300W-400W之间。

MPS提供一系列的先进的PFC+LLC集合数字控制芯片。

HR1211的PFC部分采用 CCM控制方式,电感电流在重载情况下处于连续状态,并且开关频率可以通过数字接口进行配置。在轻载状态下HR1211会自动降低开关频率,并过渡到断续电流状态,以此降低开关损耗,从而达到全范围工作状态下的高效率。


HR1275的PFC部分采用 CrM控制方式,电感电流在重载情况下处于临界导通状态,并同样在在轻载状态下会自动降低开关频率,过渡到断续电流状态。而且无论是临界导通还是断续状态,HR1275都会通过内部的检测电路保证谷底开通,从而将开关损耗降到最低。
以此降低开关损耗,从而达到全范围工作状态下的高效率。

另外,HR1211HR1275都提供了PF(或THD)补偿的功能,自适应地消除电路中的非理想因素对输入电流波形的影响,可以在各种输入电压和负载条件下实现0.9以上的PF值。特别在高压输入的情况下,相较于没有此功能的PFC方案有明显优势。可谓是无死角的“真•PFC”方案。

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