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CCM BOOST PFC电路设计浅析 ——Xia Jun 2010-8-5 抛砖引玉，本文仅以最常用的PFC拓扑来探讨电源设计的合理方法，让电源设计尽可能变得透明，科学和合理，最大限度的提高产品开发效率，降低系统设计风险。当然由于本人水平有限，思考和总结的东西不见得就一定正确，更多的是从工程的角度激发一下大家的思维，用工程的方法去设计产品，好过用经验的方法设计产品。 很多工程师在产品设计当中都有很多的困惑，电路拓扑我都有所了解，但是如何能够根据客户的需求设计出好的产品？大多数时候我们都是在抄袭和模仿，或者根据IC厂家的典型设计进行简单的更改，我们会设计简单的变压器，电感，会根据经验选择电阻，电容，二极管，MOSFET等器件，我们知其然（因为别人就是这么做的），但不知其所以然（因为缺少科学的工程方法）。别人的方案不一定适合我们的产品，别人的经验也不一定正确，如果我们不能用工程的方法加以归纳，总结和提炼，那么永远只能跟在别人的后面，差距越来越大。 首先，我们要考虑的是，客户的需求是什么？ 产品的功率等级？输入范围？输出范围？要满足哪些标准？体积？成本（价格）？效率？开发周期？ 以小功率等级而论（200W以下），DCM BOOST PFC电路显然更为合适，可以较好的兼顾到指标，体积和成本，MOSFET零电流开通，无需任何辅助电路即可实现软开通，二极管零电流关断，用普通的Ultra-fastrecovery二极管即可基本消除反向恢复问题，由于每一个开关周期中，电感电流都会从零开始，再归于零，没有直流偏置问题，可以用铁氧体磁芯代替昂贵的铁硅铝等粉芯类磁环，降低成本，缩小体积，提高效率，同时IC厂家的解决方案丰富，开发周期短。 如果到了中小功率等级（200W~400W），BCM BOOST PFC电路则更为合适，临界导通模式，既有DCM的优点，又可以克服其一些缺点，同时由于是变频控制，EMI的频谱很宽，单个频率点的能量幅值就小得多（在定频控制中，所有的能量都集中在开关频率的基波，二次谐波，三次谐波等谐波频率点上，所以幅值很大），电磁兼容性设计会更容易解决。 对于中大功率等级（400W~1000W），interleaved BCM BOOST PFC电路则是一个较好的选择，对于400W以上的应用而言，单路BCM/DCM BOOST PFC电路的峰值电流太大，MOSFET的关断损耗会随之增加，电感的最大磁通密度也会增加，在饱和磁通密度和电感损耗之间很难找到折中的平衡，同时由于峰值电流的增大，滤波器的优化设计渐渐变得困难。所以采用两路BCM BOOST PFC交错并联更合适一些，两路纹波对消，输入的总纹波电流大大减小，从而又起到了简化滤波器设计的效果。同时由于每一路电路的功率只有总功率的一半，器件选型和优化设计都较容易实现。实际上，虽然IC厂家和一些专家宣称interleaved BCM BOOST PFC电路最大只能应该用到1000W的功率等级，但是经过精心的设计，最大可拓展到2000W的功率等级，单级效率可以达到98.4%，而成本却低于CCM BOOST PFC电路，此处不再就该问题展开论述，有暇时将另外撰文专门论述interleaved BCM BOOST PFC电路应用在2000W功率等级的案例。 对于1kW功率等级以上的应用，大家习惯于选择CCM BOOST PFC电路，电路结构简单，研究论文众多，控制策略成熟，解决方案也多，所以在大功率场合得到了广泛应用。此处不再一一赘述。在CCM BOOST PFC电路的基础上衍生出很多的软开关电路，用以提升效率，但需要指出的是，这些软开关电路都增加了电路的复杂性，使得控制策略变得复杂，降低了产品的可靠性，而实际的效率提升并不明显，所以并不是合适的选择。通过对CCM BOOST PFC电路的优化设计，效率可以提升97%以上，并不需要画蛇添足的增加软开关电路。 在3kW功率等级以上的应用中，有两种方案可供选择，一种是三相PFC电路，三相相位差120°，对于6kW以上Interleaved BCM BOOST PFC电路已有成熟的IC解决方案，就设计难度来说要小于三相PFC电路。 另外一个值得关注的PFC电路是bridgeless PFC，所谓的bridgeless PFC就是在任何时刻，整流桥只有一个diode导通，整流桥的损耗只有其他其他PFC电路的一半，对于整机效率来说，大约可以提升0.5%的效率。但无桥PFC也有缺点，那就是其每一路电路在正负半波中交替导通，每一路都要承担所有的功率。以3kW的PFC电路设计而论，如果采用无桥PFC电路，那么两个支路的设计都要按照3kW来进行，关键器件数量都要乘2，所占用的空间体积也是两倍。所以bridgeless PFC的优化设计是个难题，很难在性能和成本之