開關電源因具有良好的輸入電壓調整率和負載調整率、高轉換效率以及體積小巧等優勢，如今幾乎為所有電子系統采用。在最高至500 W的功率范圍內，開關電源包括大批量不同功率的應用，例如LED/LCD電視機、LED照明、PC以及其他IT設備。對于所有這些應用來說，涵蓋系統功耗和環境影響的法規正在全球范圍內變得越來越嚴格，特別是在效率和功率因數方面。遺憾的是，開關電源可從AC電源吸收高幅度窄脈沖，從而產生輸入線電流的多次諧波。電流脈沖的高諧波含量與電源的無功輸入同時存在，容易降低功率因數，并造成EMI問題和能源損耗。

　　功率因數

　　功率因數(PF)用于表示電子設備所吸收AC輸入電壓與電流之間的關系。當輸入電壓和輸入電流完全一致時，設備的功率因數就為1。如上面所述的任何非線性特性會使功率因數降到1以下。這種情況不是理想的，因為這會造成能源浪費，并且在電能中存在噪聲污染，干擾到其他設備。功率因數校正(PFC)電路是開關電源中的一個重要元素，它們的作用是使電源的輸入端表現為供電系統的線性負載。有效的PFC電路可同時降低峰值電流和RMS電流，并優化AC電源的供電效率。

　　由于功率因數對供電基礎設施具有影響，政府機構已出臺并逐步提高對功率因數(PF)和諧波失真的要求。IEC/EN61000-3-2的PF標準廣泛適用于包括家用和商用應用在內的電子設備。

　　PFC可通過多種拓撲結構實現，例如降壓、升壓、反激、cuk和sepic(單端初級電感轉換器)。升壓拓撲結構因設計簡單而廣為使用，連續的輸入電感電流使其非常適用于PFC電路。通過采用升壓技術和多種控制策略，電源制造商近年在功率因數性能方面取得了重大改進。

　　HiperPFS的發展

　　2010年，Power Integrations推出了新的升壓式PFC IC - HiperPFS™⁽¹⁾ IC，該產品系列采用了獨特的控制策略，即恒定安秒導通時間控制和恒定伏秒關斷時間控制。單芯片解決方案在同一個封裝內集成了控制電路和功率MOSFET開關，可提供集成的無損耗電流檢測和較低的外圍元件數。2013年，Power Integrations推出了第二代HiperPFS-2 IC⁽²⁾。HiperPFS-2 IC提供更高的集成度，PFC升壓二極管現在與非線性反饋放大器以及更先進的控制電路集成在一起。其結果是設計周期更快、BOM成本更低和PFC性能更高。

　　安秒與伏秒控制

　　HiperPFS-2 IC采用創新的控制方法，通過改變功率開關的導通時間和關斷時間可使輸入電流波形與輸入電壓波形的形狀保持相似。這種控制可產生一個連續模式功率開關電流波形：在整個AC輸入半周期內同時改變頻率和峰值電流值，產生與輸入電壓成正比的輸入電流。更確切的說，該控制技術可為關斷時間設置恒定的伏秒數。對關斷時間進行控制可使其滿足：

　　(V_OUT - V_IN)x t_OFF = K₁       (1)

　　由于導通時間內的伏秒數必須等于關斷時間的伏秒數，以維持PFC扼流圈內的磁通量平衡，因此對導通時間進行控制可使：

　　V_IN x t_ON = K₁       (2)

　　控制器還可以在功率MOSFET的每個導通周期內設置恒定的電荷值。每周期電荷隨著負載變化在許多開關周期內逐漸發生變化，因此可認為它在半個AC輸入半周期內大體上保持恒定。由于采用這種恒定電荷(安秒)控制，因此可得出以下關系式：

　　I_IN x t_ON = K₂ (3)

　　將t_ON從(2)代入(3)可得出：

　　I_IN = V_IN x K₂/K₁ (4)

　　公式(4)所表示的關系表明，通過控制恒定的安秒導通時間和恒定的伏秒關斷時間，輸入電流IIN與輸入電壓VIN可成正比，從而提供基本的功率因數校正要求。

　　變頻連續導通模式(VF-CCM)

　　圖1中的曲線圖描繪了頻率隨輸入線電壓和輸出負載的變化情況。當線電壓升高時，PFC電感的電壓差會減小，關斷時間積分器需要更長的時間才能達到VOFF閾值。當輸入電壓降低時，關斷時間積分器在較短時間內即可滿足伏秒平衡。

　　開關導通時間隨負載而變。當這負載增大時，PFC開關電流隨之增大以滿足負載要求。當開關電流減小時，導通時間積分器在較短時間內即可滿足安秒平衡，開關頻率隨之升高。

　　VF-CCM控制的可變開關特性通過在轉換器的整個負載范圍內維持較低的平均開關頻率并提升效率水平，可達到降低開關損耗的目的。

　　在輕載下，關斷時間積分器的控制電壓參考(V_OFF)由內部誤差信號(V_E)進行修改，該電壓與輸出功率直接成正比。修改后的V_OFF斜率可進一步降低平均頻率，從而降低開關損耗。在輕載條件下實現高效率，對傳統的PFC CCM方法來說是一項挑戰，因為固定的MOSFET開關頻率會在每個周期造成固定的開關損耗，即使在輕載條件下也是如此。固定頻率CCM控制方法如圖2所示。