选择用于AC-DC转换的功率因数校正IC

如果您从交流主电源获取电力，可以使用功率因数校正IC以确保高效率的交流至直流转换。

创建一个功能完美的设计是一回事，但确保该设计可以合法地接入主电源又是另一回事。设备是否安全和功能正常并不真正是问题所在。相反，确保电源阶段的高转换效率，无论是作为独立单元还是集成到PCB上，都是关于维持高功率因数的问题。这是许多设计师可能会忽视的一个方面，但对于标准合规性至关重要。

在工业级别、消费级别以及之间的任何地方，都需要控制功率因数校正。如果您使用交流主电源并且用开关调节器调节直流输入，那么您应该考虑添加一个功率因数校正IC。好处包括符合标准和为您的客户节省一些电费。以下是在为下一个PCB选择功率因数校正IC时需要注意的事项。

什么是功率因数校正？

电气系统的功率因数定义为系统实际吸收的功率与系统表观（或理论）吸收的功率之比。对于简单的线性升压和降压交流转换（例如，使用变压器）或线性直流-直流转换（例如，使用电压分压器），当没有无功功率时，功率因数等于系统的效率。在这种情况下，功率因数校正简单地涉及向系统添加一些相位提前或相位滞后，以便系统吸收的电流与输入电压完全同相。

对于交流-直流转换和随后的调节，情况更为复杂，因为存在非线性组件。这里，非线性组件，如整流器中使用的二极管，会在调节器阶段输入的电流波形中产生谐波失真。本质上，只有当整流器中的二极管导通时，电流才会被吸收进入系统，产生一个脉冲电流进入系统。

下面的示例波形图显示了在平滑电容器之前测量的带有整流器的系统。蓝色曲线显示了输入到平滑电容器的整流交流电压，红色曲线显示了整流器中的二极管导通时的电流吸收。

整流器中的电压和电流波形，位于平滑电容器/调节器阶段之前。

为什么会这样呢？请注意，整流器中的二极管作为非线性元件，一旦输入电压超过某个阈值，它们在高低状态之间的直流电阻实际上会发生变化，因此只有当整流后的电压足够高时才会吸引显著的电流。这就是为什么整流时的输入电流呈现为脉冲，而不是整流的正弦波。这在交流电网中产生谐波失真，必须将其保持在某个特定水平以下，因为高的总谐波失真（THD）基本上会在电网的其他地方浪费功率。 在这个例子中，假设系统的功率因数为60%，而你的调节器的理论效率为95%；实际效率将是60% x 95% = 57%。这应该展示了在级联电源调节策略中，一个模块的低功率因数/效率将会降低所有下游模块的效率。通过添加一个功率因数校正电路，你正在平滑进入下游电压调节器阶段的电流吸引，使其更接近真实的电压波形，这增加了电源部分的总效率。

选择功率因数校正IC

通过在整流器输出和你的下游调节器阶段之间添加一个功率因数校正IC，你正在将系统的整体功率因数接近于1。COTS组件可以将功率因数非常接近于1。在选择功率因数校正IC时，还有其他一些指标需要注意：

• 最大电压和电流额定值：功率因数校正IC不是为极高电压/高功率系统设计的。注意这些额定值以防止芯片烧毁。请注意，实际IC的功率因数可能是一个函数

• 拓扑结构：PFC电路可以具有降压或升压拓扑结构。你可以构建一个降压-升压PFC，但这通常不常用，因为你通常需要升高或降低交流电网电力。这些IC的方框图基本上看起来就像是

• 调制频率：功率因数校正IC使用开关PWM信号与输入电压波形同步，周期性地将电流吸引到PFC电路中。这种开关动作将平滑整流器阶段吸引的电流。典型值在100 kHz范围内。一些IC将提供这个PWM信号作为输出，用于下游的开关调节器。

• 导通模式：有三种可用的导通模式：连续导通模式（CCM）、临界导通模式（CrCM）和非连续导通模式（DCM）。这将与调制方法（PWM或PFM）相关，其中PWM相当常见。

以下是你在市场上会找到的一些功率因数校正IC：

Analog Devices, LT1509

Analog Devices的LT1509CSW通过PWM将未调节的高电压输出转换为隔离的低电压输出。占空比内部限制为47%，以防止变压器饱和。该组件将内部同步PWM信号与PFC控制器部分，以确保最大功率因数校正（99%额定功率因数）。输入供电电压从11.5到25V，感谢集成的参考电压电路，额定输出为7.5V。

LT1509功率因数校正IC方框图。来自LT1509数据手册。

ON Semiconductor, NCL30030B3DR2G

ON Semiconductor的NCL30030B3DR2G在需要千瓦级功率的系统中提供集成的功率因数校正和调节（准谐振电流模式反激拓扑）。这个特定的组件被设计用于驱动LED阵列，但它也可以用于其他需要高功率输出的用途。PFC阶段在CrCM中提供接近1的功率因数值，具有低谐波失真。额定供电电压范围从40到700V，输出为210V/4A。

Texas Instruments, UC3854BDW

Texas Instruments的UC3854BDW功率因数校正IC在CCM中工作，接受10到20V的供电电压（22V绝对最大值）。该IC包含一个集成的200 kHz PWM振荡器，内置7.5V参考用于开关和平滑。输出降至5V/1.2A，线路电流失真小于3%。这款IC还提供16脚PDIP、宽SOIC、CDIP和20脚PLCC封装。

UC3854BDW功率因数校正IC方框图。来自UC3854BDW数据手册。

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