无桥PFC的优势及解决方案

无桥PFC的优势及解决方案

传统有源PFC 中，交流输入经过EMI 滤波后会经过二极管桥整流器，但在整流过程中存在功率耗散，其中既包括前端整流桥中两个二极管导通压降带来的损耗，也包括升压转换器中功率开关管或续流二极管的导通损耗。据测算，在低压市电应用(@90 Vrms)中，二极管桥会浪费大约2%的能效。有鉴于此，近年来业界提出了无桥PFC 拓扑结构。实际上，如果去掉二极管整流桥，由此带来的能效提升效果很明显。这种PFC 电路采用1 只电感、两只功率MOSFET 和两只快恢复二极管组成。对于工频交流输入的正负半周期而言，这种无桥升压电路可以等效为两个电源电压相反的升压电路的组合。其中左边的蓝色方框是PH1 为高电平、MOSFET 开关管M2 关闭时的开关单元，右边的橙色方框是PH2 为高电平、MOSFET 开关管M1 关闭时的开关单元。当PH1 为高电平、PH2 为低电平时，电路工作在正半周期，这时M2 相当于体二极管(body diode)，PH2 通过M2 接地;而当PH1 为低电平、PH2 为高电平时，电路工作在负半周期，这时M1 相当于体二极管，PH1 通过M1 接地。

图：传统的无桥PFC 结构示意图。

相对于传统PFC段而言，这种无桥PFC节省了由二极管整流桥导致的损耗，但不工作MOSFET的体二极管传递线圈电流。最终，这种结构消除了线路电流通道中一个二极管的压降，提升了能效。但实际上，这种架构也存在几处不便，因为交流线路电压不像传统PFC那样对地参考，而是相对于PFC段接地而浮动，这就需要特定的PFC控制器来感测交流输入电压，而这种结构中的简单电路并不能完成这项任务。这种架构也不能方便地监测线圈电流。此外，EMI滤波也是一个主要问题。

图 4是Ivo Barbi 无桥升压PFC 架构的新颖解决方案，这种方案中没有全桥，相反，PFC电路的地通过二极管D1 和D2 连接至交流线路，且每个端子用于1 个PFC 段。故这种解决方案可视作2 相PFC，其中2 个分支并联工作。这种架构也省下了电流通道中的一个二极管，并因此提升了能效。这种2 相式架构并不需要特定的PFC 控制器，具有增强的热性能，且负相总是接地，解决了EMI 问题。