為滿足諧波電流限制法規要求(如EN61000-3-2、GB17625.1-2022)主動功率因數校正(APFC)被大功率開關電源廣泛采用。

PFC拓撲架構

·有橋PFC

·圖騰柱無橋PFC

·雙向開關無橋PFC

PFC芯片控制方式

·平均電流控制

·固定導通時間控制

·單周期控制

本期，芯朋微技術團隊將為各位fans分享常見的PFC拓撲架構及控制方法，為設計選型提供參考。

PFC拓撲架構

1.1有橋PFC

當Vac為正時：工頻管D1和D4持續導通，高頻管Q1導通時電感儲能，高頻管D5導通時電感釋放能量

當Vac為負時：工頻管D2和D3持續導通，高頻管Q1導通時電感儲能，高頻管D5導通時電感釋放能量。

1.2圖騰柱無橋PFC

當Vac為正時：工頻管Q4持續導通，高頻管Q2導通時電感儲能，高頻管Q1導通時電感釋放能量。

當Vac為負時：工頻管Q3持續導通，高頻管Q1導通時電感儲能，高頻管Q2導通時電感釋放能量。

1.3雙向開關無橋PFC

當Vac為正時：Q1和Q2導通，電感儲能。

高頻管D1和工頻管D3導通，電感釋放能量。

當Vac為負時：Q1和Q2導通，電感儲能。

高頻管D2和工頻管D4導通，電感釋放能量。

三種PFC拓撲架構總結如下：

PFC控制方式

2.1平均電流控制

平均電流控制簡化模型如下，電壓環誤差調節量與市電整流后電壓Vrec相乘產生電流環參考lref;經電流環閉環控制，使得電感電流L追蹤電流參考Iref。

當電壓環足夠慢(穿越頻率低于10Hz)，Iref形狀為饅頭波，則可實現功率因數校正。

優勢：平均電流控制可支持電流連續模式(CCM)和電流不連續模式(DCM);典型應用功率范圍：140W-1500W

劣勢：需偵測市電幅值和相位，通過乘法器產生電流環參考

2.2固定導通時間控制

Boost變換器工作在臨界電流模式(CRM)，電感電流的平均值計算如下：

在半個工頻周期內使得Ton恒定為常數，則電感平均電流

與輸入電壓成線性關系：

消磁結束后(并滿足最高頻率限制)Gate置高，恒流源lcot開始對ct充電，充電電壓等于電壓環誤差量Vmo后Gate置低。電壓環足夠慢，則Gate脈寬在半個工頻周期內恒定，從而實現功率因數校正。

COT控制PFC簡化仿真模型：

優勢：

控制簡單，高頻管D1無反向恢復損耗;

劣勢：

需偵測電感電流的消磁信號，不支持電流

連續模式，應用功率通常小于300W。

應用方案：固定導通時間控制PFCPN8280

寬供電范圍

9V-60V

適合PD應用

靈活應用

PN8280VSE-B1支持直流輸入和交流輸入，適合網關應用

自適應COT控制

內置輸入電壓前饋保證改善高低壓動態特性一致

豐富保護功能

PN8280SE-A1市電欠壓保護、外部OTP保護(ACCK)

廣泛應用市場

交換機、PC、TV、適配器

2.3 單周期控制

PN8286W控制簡化電路和工作波形如下：

Boost變換器工作在電流連續模式，輸入電壓vrec和輸出電壓Vo表達式如下：

基于單周期控制技術，輸入電流irec表達式如下

輸入電壓vrec與輸入電流irec比值如下：

COT控制簡化模型如下：

優勢：

單周期控制無要偵測市電和電感電流消磁信號，并可支持連續電流模式，典型應用功率范圍：140W-1500W。

劣勢：

為了提高THDi，需要較大的電感感量。

應用方案：

單周期控制PFC PN8286W

寬供電范圍

VDD耐壓40V，更高可靠性

連續工作模式

基于單周期控制，外圍精簡，適合140W-1500W功率應用

靈活應用

A1版本開關頻率外部可調，B1版本內置輸入欠壓保護，可根據應用需求靈活選擇

卓越動態性能

內置增強動態調節模塊，降低功率器件開關機瞬態電壓電流應力，改善負載跳變時的輸出電壓動態響應速度

全保護功能

兩級過流保護、輸入欠壓保護、輸出欠過壓保護、VDD欠壓保護、過溫保護等

三種控制技術對比如下：