【導讀】輸入功率大于等于75瓦的電源需要使用功率因數校正 (PFC)。功率校正因數能夠強制輸入電流隨輸入電壓變化而變化。功率因數、總諧波失真、效率是判斷PFC性能的標準，在輕負載條件下，效率、PF、THD性能隨之降低。本文中主要解析了交流跳轉周模式是如何提高PFC輕負載效率的。
圖表1中顯示的是一個典型PFC效率曲線。需要注意的是，輕負載時效率變得越來越低。這是因為在輕負載時，半導體元件的開關損耗、驅動損耗和反向恢復損耗成為影響效率的主要因素。同時，PFC有可能從連續傳導模式 (CCM) 轉換為斷續傳導模式 (DCM)，這一轉換使得轉換器動態性能突然發生變化，并且電流環帶寬大大減少。減小的電流反饋信號也使得對電路的控制變得十分困難。因此，電流波形的THD增加（圖表2）。本文提出一個在PFC進入輕負載條件下時增加效率并減少THD的全新方法。在這一方法中，當負載被減少到小于預定的閥值時，PFC進入一個特殊的突發模式。在這個模式下，根據負載的大小，PFC會跳過一個或多個交流周期。換句話說，PFC會在一個或多個交流周期內關閉，而在下一個交流周期到來時重新打開。打開/關閉情況出現在交流零交叉點上，這樣的話就跳過了整個交流周期。此外，由于PFC打開/關閉出現在電流為零的時候，所以產生的應力和電磁干擾 (EMI) 噪聲會更小。這一點與傳統脈寬調制 (PWM) 脈沖跳躍突發模式不同；在這種模式下，PWM脈沖被隨機跳過。
圖1：典型PFC效率曲線
圖2：電流波形的THD增加
將被跳過的交流周期數量與負載成反比。如果負載持續減少到閥值以下，將會有更多的交流周期被跳過。圖2：電流波形的THD增加
按照負載與將被跳過的周期數量之間的關系可生成一張查詢表格。這張表格將顯示將輸出電壓紋波保持在額定范圍內時可跳過的最大交流周期數量。圖表3顯示了在不同負載下跳過的四個不同數量的交流周期。一旦PFC關閉，開關損耗、驅動損耗和反向恢復損耗全部減少為零，并且功率損耗只是PFC待機功率。由于電流為零，THD為零。當PFC打開時，它傳送的功率大于輕負載條件下所需要的功率，這是因為它需要對關閉期間的功率進行補償。由于現在PFC在中度負載中運行或者完全關閉以跳過交流周期，輕負載效率被增加，而THD被減少。圖表4和5顯示了這一特殊突發模式所帶來的效率和THD方面的改進。
圖3：不同負載下被跳過的交流周期數量典型的PFC效率曲線實例
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為了確定PFC是否進入輕負載狀態，需要監視負載信息。正常情況下，在PFC輸出上沒有電流傳感器，所以無法直接測量輸出負載。
然而，在VIN固定時，PFC電壓環路輸出與負載成比例。因此，環路輸出可大體上用作一個指示器，確定PFC是否運行在輕負載條件下。
如果需要跳過精確數量的交流周期才能將輸出電壓紋波保持在額定范圍內，那么就需要準確的負載信息。由于電路中有一個測量PFC電流環路穩壓輸入電流的電流分流器，那么就可以測量PFC的輸入功率。輸入電流和電壓可由模數轉換器 (ADC) 進行監視，然后這些轉換器可被用來計算實際的輸入功率。這些準確的輸入功率信息可被用來精確地調節將被跳過的交流周期的數量。
圖4：效率比較
圖5：THD比較
圖6：交流跳周期間0至100%的負載瞬態
結論
本文中提出的方案使得PFC突發模式在PFC運行在輕負載的條件下實現一個或多個交流周期跳轉。在此過程中，THD和效率都得到了提升。輸出電壓紋波在額定范圍時，根據負載調節被跳過的交流周期數量更加精確，性能得到最大的提升。如果負載瞬態在PFC關閉時出現，則突發模式會立即被禁用，PFC則用來處理負載瞬態效應。如何來實現這一功能呢？無需其他，數字控制器完全能夠實現。
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