详细解析五种PFC的开关管驱动方案

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简介:PFC(Power Factor Correction)-功率因数校正,功率因数,简单的说就是有功功率和视在功率的比值,这里的视在功率被认为是总耗电量,功率因数用来衡量电力被有效的利用程度。功率因数越大,代表电力的有效利用率越高,而功率因数校正就是为了提高用电设备功率因数。

什么是PFC?

PFC(Power Factor Correction)-功率因数校正,功率因数,简单的说就是有功功率和视在功率的比值,这里的视在功率被认为是总耗电量,功率因数用来衡量电力被有效的利用程度。功率因数越大,代表电力的有效利用率越高,而功率因数校正就是为了提高用电设备功率因数。

通过调理,使得电网电压和电流同相,同时减少高次谐波从而提高电网的利用率。比如计算机的开关电源,是一种电容输入型电路,由于电压与电流的相位错开,造成交流功率的损失,这时就需要PFC电路来提高功率因数。

常用的PFC电路有哪些?

1、boost PFC 电路

如图1所示,在整流桥后使用一个boost桥进行功率因数校正以及电压稳定。因为boost电路驱动简单,可以采用TI的驱动芯片且驱动电流大,稳定性好,速度快,已广泛应用于各种通信设备的电源模块。

详细解析五种PFC的开关管驱动方案

图1

2、无桥PFC电路

图2为常规的无桥boost PFC电路

详细解析五种PFC的开关管驱动方案

浅谈五种PFC(功率因数校正)的开关管驱动方案

图2 在交流电的正半周期,Q1为高频开关管,Q2为低频开关管

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但是,该电路的共模EMI性能较差,并未得到广泛使用。

3、dual boost 无桥PFC电路

如图3,该电路中肖特基二极管D3,D4作为低频续流回路

浅谈五种PFC(功率因数校正)的开关管驱动方案

图3

该电路和常规型的boost PFC电路由于电路结构简单,可以使用低边驱动芯片进行驱动比如UCC27524等。

3、双向开关型无桥PFC

如图4所示,对于该电路,正半周期D1,D4导通,负半周期D2,D3导通,大大降低了共模EMI干扰。这种电路较以上两种稍微复杂,驱动比较麻烦,因为Q1,Q2采用共源极接法,,一般使用TI隔离芯片进行驱动,比如使用UCC5310/UCC5320同时驱动两根开关管,当然也可以使用两路隔离的方法分别驱动两颗开关管。

浅谈五种PFC(功率因数校正)的开关管驱动方案

图4

4、图腾柱式无桥PFC

如图5所示,相于dual-boost和双向开关无桥PFC,省去了两个二极管,开关管的管体二极管具有反向恢复特性会影响整机的效率,所以这个电路更多地用于CRM和DCM模式,或者使用GaN开关管工作于CCM模式,在驱动上可以采用TI高压板桥驱动芯片或者TI隔离驱动芯片。

浅谈五种PFC(功率因数校正)的开关管驱动方案

图5 D1,D2走低频信号,Q1,Q2为高频开关管

总结

五种PFC电路,在功耗,成本,效率等方面各有优劣,同时我们发现在驱动上都采用了TI芯片,因为TI内部有丰富的MOSFET和IGBT驱动芯片,包括低边驱动,半桥驱动和隔离驱动等多种方式,广泛用于PFC电路。

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