從筆記本電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品到機(jī)器人等工業(yè)設(shè)備，任何由交流電網(wǎng)供電的設(shè)備都存在著復(fù)雜的負(fù)載條件，其行為并非純電阻那么簡(jiǎn)單。如果負(fù)載阻抗包括電感或電容部分，則輸入電流不再與瞬時(shí)線路電壓同相，如圖 1 所示。如果負(fù)載僅接受直流輸入，并且直流輸入由二極管電橋+輸入電容器提供，則僅當(dāng)交流電壓超過電容器上的直流電壓時(shí)，電流才會(huì)導(dǎo)通，波形如圖 2 所示。這兩種情況都會(huì)在負(fù)載和電源之間產(chǎn)生明顯的功率輸送，因此需要電網(wǎng)上有更高的峰值功率，并會(huì)在傳輸線路上出現(xiàn)能量損耗。

圖 1 電感負(fù)載的輸入電壓和電流波形

圖 2 二極管橋式整流的輸入電壓和電流波形

因此，負(fù)載和電網(wǎng)之間需要一個(gè)功率因數(shù)校正 (PFC) 電路將輸入電流整形為與瞬時(shí)交流線路電壓同相，從而更大限度降低能量損耗。PFC 功能可以通過無(wú)源或有源方式實(shí)現(xiàn)。無(wú)源 PFC 電路僅由電容器和電感器組成，在某些情況下具有價(jià)格合理、簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，但在較寬的工作條件下實(shí)現(xiàn)大于 0.9PF 的值有一定難度。相比之下，現(xiàn)代有源 PFC 電路可輕松實(shí)現(xiàn)高于 0.99 的 PF 值，且效率高于 97%。

TI 提供各種 PFC 解決方案，較常見的拓?fù)涫巧龎和負(fù)洌?a xmlns:opentopic="http://www.idiominc.com/opentopic" class="xref" href="#FIG_WGD_XTJ_FWB">圖 3 所示。PFC 級(jí)位于直流/直流轉(zhuǎn)換器和整流交流線路之間。由于升壓電感器從本質(zhì)上限制了輸入電流的 dI/dt，因此該拓?fù)淠軌蚋玫貙?shí)現(xiàn)低輸入電流失真。

圖 3 常見的交流/直流電源方框圖

升壓 PFC 具有三種基于電感器電流波形的工作模式：非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)、臨界導(dǎo)通模式 (CRCM) 和連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)。在一些文獻(xiàn)中，CrCM 也稱為轉(zhuǎn)換模式 (TM)。每種模式的電感器電流波形如圖 4 所示。DCM 和 CrCM 模式與 CCM 模式之間存在著一個(gè)重要區(qū)別：在 DCM 和 CrCM 模式下，電流在每個(gè)開關(guān)周期中始終達(dá)到零，而在 CCM 模式下則不是如此。

圖 4 DCM 模式下的電感器電流波形

圖 5 CrCM 模式下的電感器電流波形

圖 6 CCM 模式下的電感器電流波形

表 1 突出顯示了每種工作模式的優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)言之，DCM/CrCM 更適合小功率應(yīng)用，而 CCM 更適合大功率應(yīng)用。如今，CrCM 比純粹的 DCM 控制器更受歡迎，因?yàn)?CrCM 可以提供更大的功率，并可以通過出色的 IP 輕松解決設(shè)計(jì)復(fù)雜性問題，而成本增加很少。所以，本指南將重點(diǎn)介紹 CrCM 和 CCM 控制器。

如果需要更大的功率，一種實(shí)用的方法是交錯(cuò)運(yùn)行兩個(gè)彼此相位相差 180° 的升壓功率級(jí)，如下所示。圖 7 所示為典型圖，圖 8 所示為每個(gè)電感器的電流波形以及負(fù)載的總電流。除了擴(kuò)展功率范圍外，通過取消兩個(gè)交錯(cuò)的功率級(jí)可顯著降低總紋波電流，從而實(shí)現(xiàn)更好的 iTHD。

圖 7 交錯(cuò)式升壓 PFC 的示例圖

圖 8 電感器電流（兩條藍(lán)色）和總電流（紅色）波形

交錯(cuò)式 CrCM 和單相 CCM 均可用于 300W 到 600W 的輸出功率范圍。表 2 顯示了主要差異。

TI 提供 75W 到數(shù)千瓦功率范圍的 PFC 控制器，如圖 9 所示。在有多個(gè)器件重疊的功率范圍內(nèi)，需要仔細(xì)檢查系統(tǒng)要求以獲取良好的建議。

圖 9 按系統(tǒng)功率要求列出的控制器選擇表

例如，在交錯(cuò)式 CrCM PFC 控制器系列中，UCC28065 在整個(gè)頻率和電感值范圍內(nèi)提供持續(xù)的低 iTHD，而 UCC28064A 在低開關(guān)頻率范圍內(nèi)提供出色的 iTHD 性能，如圖 10 所示。因此，UCC28065 更適合于需要更小設(shè)計(jì)尺寸的系統(tǒng)，例如超薄電視，而 UCC28064A 更適合于尋求絕對(duì)低 iTHD 的系統(tǒng)，例如照明系統(tǒng)。

圖 10 在不同電感值和開關(guān)頻率下，低壓線路的 iTHD 性能

圖 11 在不同電感值和開關(guān)頻率下，高壓線路的 iTHD 性能

以單相 CCM PFC 系列為例，可編程開關(guān)頻率的特性使 UCC28180 能夠與各種功率 FET（無(wú)論是 Si、IGBT 還是 GaN/SiC）匹配。內(nèi)置的欠壓保護(hù)特性使得 UCC28019A 在服務(wù)器 PSU 等安全要求極高的應(yīng)用中更為常用。

表 3 顯示了 TI 提供的獨(dú)立 PFC 控制器的簡(jiǎn)單總結(jié)。更多有關(guān)產(chǎn)品的信息，請(qǐng)?jiān)L問功率因數(shù)校正控制器 主頁(yè)。