在所有的功率電子應(yīng)用中最優(yōu)先考慮的之一是獲得高效率。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，在許多應(yīng)用中有源功率因數(shù)校正（PFC）是必需的。電子元件的附加損耗可能增加散熱片和和整個(gè)應(yīng)用的尺寸，其目標(biāo)是把損耗減到最小而不增加成本。
標(biāo)準(zhǔn) EN61000-3-2 對(duì)接到公共電網(wǎng)中的功率應(yīng)用是強(qiáng)制的。對(duì)許多應(yīng)用而言一個(gè)外加的有源PFC的功能不得不被集成到已存在的功能中。這些應(yīng)用的尺寸大小常常由用于散熱的散熱片決定。通過(guò)把外加的PFC功能集成起來(lái)獲得盡可能小的散熱片是一個(gè)重要的手段。
功率損耗產(chǎn)生在半導(dǎo)體芯片和電抗中。通過(guò)選擇低損耗的元件來(lái)優(yōu)化電路是必需的。采用新概念的一個(gè)高效PFC拓?fù)洌?個(gè)輸入整流管中的2個(gè)被省掉了，在每個(gè)半波中有一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的損耗被消除了。
標(biāo)準(zhǔn)的 PFC升壓拓?fù)?/strong>
在大多情況下升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被用于有源功率因數(shù)校正。電流在向輸出供電時(shí)每半波必須通過(guò)至少3個(gè)半導(dǎo)體結(jié)。
輸入整流器把AC電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)波動(dòng)的DC電壓。PFC電路把兩個(gè)半波升到DC輸出電壓。
在一種改進(jìn)的高效PFC中，PFC電抗被分成了2個(gè)電感量各為一半的電感。對(duì)每個(gè)半波而言省掉了輸入整流器，只需一個(gè)升壓斬波。在每個(gè)半波電流只需通過(guò)2個(gè)半導(dǎo)體器件。
在理論上這個(gè)新的拓?fù)淇雌饋?lái)好像是減小有源PFC應(yīng)用中損耗的高效的替換方案。但是下一步我們將采用仿真來(lái)檢驗(yàn)這個(gè)理論。
從仿真結(jié)果看，所有的PFC輸出信號(hào)相對(duì)于輸入端（參考地）都隨著PWM頻率而震蕩。
這個(gè)問(wèn)題是系統(tǒng)性的，原因是所有的輸入都接有一個(gè)PFC電抗。這個(gè)結(jié)果是輸出相對(duì)輸入電源而高頻震蕩。因此采用外部的濾波器是不可能解決EMI問(wèn)題的。
DC輸出和被連接的電路相對(duì)于輸入電網(wǎng)高頻震蕩。由此而產(chǎn)生的高的EMC發(fā)射對(duì)許多應(yīng)用而言是不可接受的。用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用隔離變壓器的應(yīng)用設(shè)計(jì)是很困難的，象電機(jī)驅(qū)動(dòng)這樣沒(méi)有變壓器的應(yīng)用是完全不可能的。
因此，人們希望獲得一個(gè)高效的PFC解決方案，同時(shí)沒(méi)有EMC的缺點(diǎn)。
雙升壓斬波拓?fù)?/a>結(jié)構(gòu)
一個(gè)由泰科電子發(fā)明的新的拓?fù)浣鉀Q了這個(gè)問(wèn)題。與第一個(gè)設(shè)計(jì)理念不同的是電抗沒(méi)有被分開(kāi)，2個(gè)電感與標(biāo)準(zhǔn)升壓斬波拓?fù)涫褂玫碾姼芯哂邢嗤碾姼辛俊５窃诿總€(gè)半波中只有一個(gè)電感被使用。另一個(gè)被另加的整流二極管旁路掉了。
采用這種方案，輸出并不相對(duì)于AC輸入或GND而高頻震蕩。動(dòng)
作方式與標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)是相同的。但是用在標(biāo)準(zhǔn)升壓斬波中的輸入整流二極管的損耗被砍掉了一半。
1，第一個(gè)半波使用第一部分PFC電路升壓到DC輸出電壓。 第二個(gè)電抗被第一個(gè)整流二極管旁路掉。
2，第二個(gè)半波期間， 第二個(gè)PFC電路把輸入升到DC輸出電壓。在這兒第一個(gè)電抗被旁路掉了。
采用第二代拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅用一個(gè)電抗就可能獲得高效PFC的好處：
在這兒流經(jīng)PFC電抗的電流是雙向的。
1，正半波被低側(cè)的開(kāi)關(guān)和高側(cè)的升壓二極管升壓。低側(cè)的整流二極管建立了一個(gè)返回通路。
2，負(fù)半波被通過(guò)高側(cè)的開(kāi)關(guān)和低側(cè)的升壓二極管而升壓。高側(cè)的整流二極管建立了返回路徑。
同樣采用這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)升壓斬波的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的輸入整流二極管的損耗被砍掉了一半。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是采用和標(biāo)準(zhǔn)升壓斬波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中同樣的PFC電抗。
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高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率
在一個(gè)采用230VAC輸入電壓系統(tǒng)，新的高效的HE-PFC的整流二極管的損耗被計(jì)算，是0.5%的總的輸入功率 (Vout = 400VDC, Pout = 6kW)。在一個(gè)110VAC系統(tǒng), 新的高效HE-PFC的整流二極管損耗被計(jì)算出來(lái)，是1%(Vout = 400VDC, Pout = 3kW)。見(jiàn)下圖：
在230V系統(tǒng)中半導(dǎo)體的效率是：97.4% (Vout = 400VDC, Pout = 6kW, fPWM = 80kHz)。效率的優(yōu)勢(shì)被計(jì)算，是0.5%。見(jiàn)圖7：
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在一個(gè)110VAC系統(tǒng)半導(dǎo)體的效率是94.8% (Vout = 400VDC, Pout = 3kW, fPWM = 80kHz)。效率優(yōu)勢(shì)被計(jì)算，是1%。
在所有的110 VAC 和230 VAC 輸入，與標(biāo)準(zhǔn)的升壓斬波相比較半導(dǎo)體損耗有大約19%的降低。
模塊解決方案
泰科電子提供了模塊支持這兩個(gè)方案。
flowPFC 0 - HE
泰科電子模塊flowPFC 0 - HE 提供新的雙升壓斬波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
其特性包括：最大4.5kW在 100kHz；用于雙升壓斬波的半導(dǎo)體都被集成；為獲得低電感輸出集成了電容；用于電流檢測(cè)的分流電阻；溫度傳感器。
fastPACK 0 - PFC
泰科H橋結(jié)構(gòu)的 fastPACK 0 - PFC 模塊支持 高效雙向升壓斬波拓?fù)洹Ｆ涮匦詾椋鹤畲?6kW ；所有的用于雙向升壓斬波的功率半導(dǎo)體都被集成 ；引腳支持在DC輸出側(cè)低外加吸收電容的低電感連結(jié)；溫度傳感器 。
