傳統(tǒng)的單級離線式轉(zhuǎn)換電路,都是由一個全橋整流和一個電容濾波構(gòu)成。通過交流主線電源獲得一個未校準的直流電壓,濾波電容必須足夠大以便可以得到一個紋波電壓比較小的直流電壓,這就意味著在大多數(shù)時間內(nèi),電容上的電壓高于輸入 AC 電源線電壓,這就意味著,全橋整流電路僅在輸入線電壓每半周期內(nèi)(因為有整流橋的存在,整流后的每個周期相當于 AC 電源的半個周期),工作很短的時間。使得從電網(wǎng)輸入的電流變成很窄的脈沖波形,其幅度是同等直流電壓下電流幅度的 5-10 倍。許多缺點因此而產(chǎn)生:過高的峰值電流和 RMS 電流比,使得交流電網(wǎng)電壓畸變,在三相線輸電電網(wǎng)中,使中性線過電流,總之,會使電網(wǎng)的輸電能力減弱。
關(guān)于這項指標,可以參考諧波允許量標準 EN61000-3-2,或功率因數(shù) PF(有功功率(傳送到輸出端的功率)和輸入視在功率(線電壓真有效值和線電流真有效值的乘積)的比值),功率因數(shù) PF 是最直觀的。傳統(tǒng)的輸入電容濾波電路功率因數(shù)很低(05-0.7),并且諧波含量很高。
從理論上來講,任何開關(guān)拓撲技術(shù)都可以用來獲取一個高功率因數(shù),但是,實際應(yīng)用中,升壓拓撲是一種最流行的方式,因為它有以下優(yōu)勢: 1) 主要是,因為升壓電路所需的元件最少,因此這種方式最便宜的。還有:
2) 由于升壓電感位于整流橋和開關(guān)之間,引起的電流 di/dt 比較低,可以使輸入產(chǎn)生的噪音最小化,可以減少輸入 EMI 濾波元件。
3) 開關(guān)管的源極接地,便于驅(qū)動。 然而,升壓拓撲結(jié)構(gòu)要求輸出的直流電壓要高于輸入的最大峰值電壓(400V 是一個典型值對于 220V 輸入或?qū)掚妷狠斎耄6?,輸入和輸出之間是沒有隔離的,線電壓上的任波動(主要指浪涌)都會影響到輸出端。 目前廣泛應(yīng)用于 PFC 控制的方法有兩種:固定頻率的平均電流 PWM 模式和臨界PWM 模式(TM 模式)(固定開通時間,頻率變化)。
第一種模式控制方法復(fù)雜,需要一個精密的控制芯片(如 ST 的 L4981A,同時需要一片 L4981B 來進行頻率調(diào)制)并且需要很多的外圍元器件。
第二種模式只需要一個簡單的控制器,很少的外圍器件,因此這種方式更便宜。 在第一種方式中,升壓電感工作于連續(xù)模式,臨界模式(TM)使電感工作在介于連續(xù)和不連續(xù)模式之間,從定義上來看,相對同樣的輸出功率,工作在臨界模式(TM)的峰值電流會比連續(xù)模式下更高,峰值電流的高低會影響到產(chǎn)品的成本,所以,建議在低功率輸出時使用臨界模式(小于 150W),第一種方式適合在更高的輸出功率中應(yīng)用。