奇思妙想！通过临界导电巧妙调节PFC段性能的奇招
实际上，正确的方式是让线路电流趋近于正弦波形，尽量使得线路电压和相位相同。为此，通常在桥电路与大电容之间插入所谓的PFC预稳压器。这个中间段设计输出恒定的直流电压，同时从输入线路吸收正弦电流。PFC段通常采用升压配置，要求输出电压比线路可能最高的电压电平都要高。这就是为什么欧洲或是通用主电源输入条件下，输出稳压电平普遍设定在约390V的原因。
本篇文章将为大家介绍一种能够对PFC段性能进行提高的方法。日常生活中大家所接触的电源都不属于高功率的范围，而是属于较低功率的应用。临界导电模式(CrM)(也称作边界、边界线甚至是瞬态导电模式)通常是首选的控制技术。这种控制技术简单，市场上有采用这种技术的不同的商用控制器，容易设计。然而，高输入电压时，如果输入和输出电压之间的差距小，PFC段会变得不稳定。本文将说明解决这种问题的方法。PFC段一个更加常见的问题是通常发生在启动时的大电流过冲，而不论采用的是何种控制技术。
临界导电模式的工作
作为最常用的一种对PFC段进行控制的方法。临界导电模式使用了可变的频率控制原理来描述特征，即电感电流先上升至所需线路电流的2倍，然后下降至零，接着再上升至正电流，期间没有死区时间(dead-time)，如图1所示。这种控制方法需要电路精确地检测电感的磁芯复位。
图1：临界导电模式
退磁的完成其实就是检测电感和电压在什么时候能够降至零，其实是对电感电压的感测。监测线圈电压并非经济的解决方案。相反，这升压电感与小型绕组相关，这绕组(称作“零电压检测器”或ZCD绕组)提供了电感电压的一个缩小版本，能够用于控制器上，如图2所示。ZCD绕组采用耦合形式，因而它在MOSFET导电时间(反激配置)期间呈现出负电压，如图3中所示。这绕组提供：
当MOSFET导通时，VAUX=-NVIN;
当MOSFET开路时，VAUX=N(VOUT-VIN);
其中，N是辅助绕组与主绕组之间的匝数比。
图3：波形
当ZCD电压(VAUX)开始下降时线圈电流会达到零。许多CrM控制器内部比较VAUX与接近0V的ZCD参考电压，检测出下降沿，并准时启动下一个驱动信号。为了实现强固的工作，应用了磁滞机制，并实际上产生较高的(upper)阈值(VAUX上升时有效)及较低的(lower)阈值(VAUX下降时有效)。出于不同原因(如安森美半导体NCP1607 PFC控制器中的ZCD引脚的多功能性)，在大多数商用器件中这些阈值都相对较高(在1V及2V之间)。
例如，NCP1607数据表中可以发现下述的ZCD阈值规范(引脚5是监测ZCD信号的电路)。Vpin5上升：最低值为2.1V，典型值为2.3V，最大值为2.5V;Vpin5下降：最低值为1.5V，典型值为1.6V，最大值为1.8V。
要恰当地检测零电流，VAUX信号必须高于较高的阈值。
图4及图5显示出在高线路时会面对的一个问题。VAUX电压在退磁相位期间较小，而这时Vin较高，因为VAUX与输出输入电压差成正比VAUX=N(VOUT-VIN)。
图4：不精确零电流检测导致的不稳定性
此外，如图4所示，输入电压在开关频率呈现出交流含量。因此，VAUX波形并不平坦，相反，它还包含纹波。在低线路时，这纹波可以忽略不计。在高线路时，VAUX幅度在退磁相位期间较小。因此，这些振荡可能大到足以导致过早检测电感磁芯复位。事实上，如图4和图5所示的那样，零电流检测的精度降低了。
图4显示出现不稳定性问题时高输入线路(正弦波顶端，此处Vin约为380V)下的VAUX电压。我们可以看到MOSFET关闭时，VAUX电压轻微跃升至高于ZCD阈值。由于其大纹波的缘故，在退磁相位期间，VAUX电压首先增加，然后下降。由于在某些开关周期的末段VAUX接近ZCD阈值，这VAUX电压下降导致零电压比较器在电感磁芯完全复位前就翻转(trip)。
图5：连续导电模式工作
图5证实了这一论断。有时，升压二极管仍在导电时，PFC段开始新的周期。这个现象主要导致线路电流失真(见红色迹线)、功率因数退化，并可能有一些频率处在人耳可听到的噪声。
总结
相信经过本文的介绍，大家在设计过程中遇到PFC过冲过高的现象时，能够学以致用，通过临界导电的方式调节PFC段性能。
