圖1：典型PFC效率曲線
 

需要注意的是，輕負載時效率變得越來越低。這是因為在輕負載時，半導體元件的開關損耗、驅(qū)動損耗和反向恢復損耗成為影響效率的主要因素。同時，PFC有可能從連續(xù)傳導模式 (CCM) 轉換為斷續(xù)傳導模式 (DCM)，這一轉換使得轉換器動態(tài)性能突然發(fā)生變化 ，并且電流環(huán)帶寬大大減少。減小的電流反饋信號也使得對電路的控制變得十分困難。本文提出一個在PFC進入輕負載條件下時增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中，當負載被減少到小于預定的閥值時，PFC進入一個特殊的突發(fā)模式。在這個模式下，根據(jù)負載的大小，PFC會跳過一個或多個交流周期。換句話說，PFC會在一個或多個交流周期內(nèi)關閉，而在下一個交流周期到來時重新打開。打開/關閉情況出現(xiàn)在交流零交叉點上，這樣的話就跳過了整個交流周期。此外，由于PFC打開/關閉出現(xiàn)在電流為零的時候，所以產(chǎn)生的應力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會更小。這一點與傳統(tǒng)脈寬調(diào)制 (PWM) 脈沖跳躍突發(fā)模式不同；在這種模式下，PWM脈沖被隨機跳過。

圖2：交流周期數(shù)量與負載關系

將被跳過的交流周期數(shù)量與負載成反比。如果負載持續(xù)減少到閥值以下，將會有更多的交流周期被跳過。

圖3：交流周期變化圖

按照負載與將被跳過的周期數(shù)量之間的關系可生成一張查詢表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)時可跳過的最大交流周期數(shù)量。圖表3顯示了在不同負載下跳過的四個不同數(shù)量的交流周期。一旦PFC關閉，開關損耗、驅(qū)動損耗和反向恢復損耗全部減少為零，并且功率損耗只是PFC待機功率。由于電流為零，THD為零。當PFC打開時，它傳送的功率大于輕負載條件下所需要的功率，這是因為它需要對關閉期間的功率進行補償。由于現(xiàn)在PFC在中度負載中運行或者完全關閉以跳過交流周期，輕負載效率被增加，而THD被減少。

圖4：負載信息
 

需要注意的是，當PFC關閉來跳躍交流周期時，需要將電流環(huán)路和電壓環(huán)路凍結。否則的話，這些環(huán)路中的積分器發(fā)生累積，在PFC重新打開時生成一個較大的PWM脈沖，這個脈沖會導致一個很大的電流尖峰。

圖5：負載信息

為了確定PFC是否進入輕負載狀態(tài)，需要監(jiān)視負載信息。正常情況下，在PFC輸出上沒有電流傳感器，所以無法直接測量輸出負載。 然而，在VIN固定時，PFC電壓環(huán)路輸出與負載成比例。因此，環(huán)路輸出可大體上用作一個指示器，確定PFC是否運行在輕負載條件下。

 如果需要跳過精確數(shù)量的交流周期才能將輸出電壓紋波保持在額定范圍內(nèi)，那么就需要準確的負載信息。由于電路中有一個測量PFC電流環(huán)路穩(wěn)壓輸入電流的電流分流器，那么就可以測量PFC的輸入功率。輸入電流和電壓可由模數(shù)轉換器 (ADC) 進行監(jiān)視，然后這些轉換器可被用來計算實際的輸入功率。這些準確的輸入功率信息可被用來精確地調(diào)節(jié)將被跳過的交流周期的數(shù)量。   無需任何額外硬件。要獲得準確PFC輸入功率測量值的詳細信息。

 
圖6：PFC負載信息

這一方法中需要注意的一點是負載瞬態(tài)期間的壓降。假定PFC關閉時出現(xiàn)負載升壓，VOUT有可能會下降很多。為了解決這個問題，用比較器將VOUT與預定閥值進行比較。一旦VOUT低于這個閥值，PFC將立即退出突發(fā)模式，交流周期跳躍被禁用，并且PFC返回到正常運行。這種處理瞬態(tài)響應的方法就好像沒有特殊突發(fā)模式一樣。圖表6顯示交流周期跳躍期間0至100%的負載瞬態(tài)效應。需要注意的是，瞬態(tài)期間的VOUT壓降只有27V，這一壓降值對于一個360W PFC來說很正常。

全新的PFC突發(fā)模式可以在PFC運行在輕負載條件下時實現(xiàn)一個或多個交流周期的跳躍。因此，效率和THD都有所提升。此外， 由于PFC在交流零交叉點上打開/關閉，電路應力和EMI噪聲被相應地減少。可以根據(jù)負載來精確地調(diào)節(jié)將被跳過的交流周期數(shù)量，以便最大限度地提高性能，并且將輸出電壓紋波保持在額定的范圍內(nèi)。如果負載瞬態(tài)在PFC關閉時出現(xiàn)，突發(fā)模式被立即禁用，而由PFC正常處理負載瞬態(tài)效應。

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