【電子精選】分享-功率因數校正(Power Factor Correction)-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-03-03
PFC--PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。
功率因數是用來衡量用電設備用電效率的參數，低功率因數代表低電力效能。為了提高用電設備功率因數的技術就稱為功率因數校正。
對于一個整流電路，在輸出端都會并聯一個濾波電容(或者一排電容)，以讓輸出的直流能更平滑，然而濾波電容會造成交流輸入電壓與輸入電流間的相位偏移。
我們都知道功率因數的定義為有效功率與視在功率的比值，如果AC電壓和電流間的相位差為φ，那么功率因數(PF)=cosφ。如果想要提高電路的效率，那就必須想辦法提高PF。
然而，對于整流電路，只有當AC電壓大于濾波電容兩端電壓Vc時，才會有輸入電流，這種特性就造成了AC電流波形完全從正弦波偏離，會極大地影響功率因數。為了盡量使AC電流變回正弦波，我們引入了PFC電路。
電流I從正弦波偏離
<補充>關于PF=cosφ的推導：
1) 阻性負載
對于純電阻負載，電壓與電流間不存在相位差，所以PF=1。
阻性負載
2) 容性/感性負載
對于容性或感性負載，因為電壓與電流間存在相位差，所以PF<1。
容性負載
被動式/無源式(Passive PFC)
使用了被動式PFC的全波二倍壓整流電路的拓撲結構如下圖所示。在被動式PFC中，電感被用來提高功率因數。
部分開關式(Partial-switching PFC)
與被動式PFC相比，部分開關式PFC增加了一個開關器件，通過延長電源電流輸出時間來提高功率因數。當開關器件導通時，來自電源的電能會儲存在電感中。因此，部分開關式PFC還具有boost的功能。
主動式/有源式(Active PFC)
最基礎的主動式PFC(利用了boost電路)的拓撲結構如下。紅色箭頭代表了MOSFET導通時的電流路徑，綠色箭頭則是MOSFET關斷時的電流路徑。根據電流的導通模式，主動式PFC可以分成3種模式：CCM，CRM(BCM)，DCM。
基于boost電路的主動式PFC
① 連續導通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)
在連續導通模式下，一直會有電流流過電感，因此MOSFET需要在電感電流變成0之前開通。通常來講，CCM會工作在一個固定的頻率下，以控制AC輸入電流呈正弦波。和其他模式相比，CCM的優點是能夠降低電感電流的紋波。
其缺點是，當MOSFET開通時，濾波電容的電壓會反向加在二極管上，由于正向導通時的少數載流子們依舊聚集在PN結兩側，在這個反向電壓的作用下少數載流子會發生漂移運動，二極管會形成較大的反向電流。
這個反向電流再加上電感電流會一起流過MOSFET，因此MOSFET會產生較大的開通損失(turn-on loss)。為了減少這種開通損失，建議選用SiC肖特基二極管(Schottky Barrier Diode, SBD)，因為肖特基二極管的反向恢復時間較短。
連續導通模式
② 臨界導通模式(Critical Conduction Mode, CRM/Boundary Conduction Mode, BCM)
在臨界導通模式下，MOSFET會在電感電流降到0時開通，因此MOSFET的開通損失較小。CRM需要監測電路輸出電壓，然后根據電壓調整MOSFET脈沖寬度。
當輸出電壓過高時，會減小MOSFET脈沖寬度；當輸出電壓過低時，會增加MOSFET脈沖寬度。所以諧振頻率也不會固定，因為需要根據輸出電壓調整。
臨界導通模式
③ 不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)
在不連續導通模式下，每個周期內都存在電流為0的時期。與其他兩種模式相比，DCM的峰值電流較大，MOSFET關斷損失(turn-off loss)較大，電路的整體效率較低。但是，DCM不會受到二極管反向恢復時間的影響，MOSFET的開通損失也很小。
不連續導通模式
④ 3種模式的比較
MOSFET并聯型PFC(PFC with parallel MOSFETs)
使用多個MOSFET并聯能夠支持大電源輸入，因為電流會被分流，也同時減小了開關損耗。對于每個MOSFET，必須保證它們的電氣特性和驅動條件相同。
MOSFET并聯型PFC
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