數字控制PFC

用于電源的低成本、高性能數字控制器的出現使得這類控制器開始應用于PFC設計。數字控制器可提供可編程配置、非線性控制、低器件數和實現通常使用模擬方法很難實現的復雜功能的能力。

如今的大多數數字功率控制器(比如TI的UCD3020)都具有集成式功率控制外設和功率管理內核，包括數字環路補償器、快速模數轉換器(ADC)、帶內置死區時間的高分辨率數字脈寬調制器(DPWM)、低功耗微控制器等。這些控制器支持無橋PFC等復雜的高性能電源設計。

例如，無橋PFC可以整合兩個直流-直流升壓電路：L1、D1、S1和L2、D2、S2(圖11)。D3和D4是慢速恢復二極管。單獨感測以內部電源地為基準的線路和中性點電壓可實現輸入交流電壓的測量。通過比較感測的線路和中性信號，固件可以判斷是正半周期還是負半周期。在正半周期時，第一個直流-直流升壓電路(L1-S1-D1)是有源電路，升壓電流通過D4返回至交流中性線。在負半周期時，L2-S2-D2為有源電路，升壓電路通過D3返回至交流電源線。

與采用相同的功率器件的傳統單相PFC相比，無橋PFC和單相PFC應具有相同的開關損耗。不過，無橋PFC電流僅通過一個慢速二極管(正半周期時為D4，負半周期時為D3)，而不是同時通過兩個二級管。因此，效率的提升依靠的是一個二極管與兩個二極管之間的傳導損耗之差。

無橋PFC的效率還可以通過全面導通不活動的開關來提升。比如，在正周期時，S2可以全面導通，而S1由PWM信號控制。由于在流動的電流低于某個值時MOSFET S2上的電壓降可能低于D4，返回電流會部分或全部流過L1-D1-RL-S2-L2，然后返回至交流電源。這就降低了傳導損耗，從而提高了電路效率(特別是在輕負載下的電路效率)。同樣，在負周期時，S1全面導通，而S2則進行開關控制。

在相同的交流電壓和直流輸出電壓下，輸出電流與電壓回路輸出成正比。在此基礎上，頻率和輸出電壓可以進行相應地調整。固件實現數字控制器中的電壓回路。由于輸出已知，因此很容易就能以低于模擬方法的成本實現該功能。

更多的數字PFC控制器

ADI公司最近發布了ADP1047和ADP1048數字PFC控制器，這兩款控制器還可以提供輸入電能計量和浪涌電流控制。ADP1047用于單相PFC應用，而ADP1048則針對交錯式和無橋PFC應用。

數字PFC功能基于傳統的升壓電路來為AC-DC系統提供最佳的諧波校正和功率因數。所有的信號都被轉換成數字信號，從而最大限度地提高靈活性；關鍵參數可以通過PMBus接口進行報告和調整。

總的來說，ADP1047和ADP1048的配置可以幫助設計工程師優化系統性能，最大限度地提高負載范圍的效率。這兩款IC可以精確地測量RMS輸入電壓、電流和功率。然后該數據可以通過PMBus接口報告給電源的微控制器。

ADP1048的無橋升壓配置可以消除PFC轉換器的橋式輸入引起的傳導損耗(圖12)。在這種配置中，兩個功率MOSFET必須單獨驅動，以實現最高效率。從ADP1048發出的信號可以實現這一點。IBAL引腳可以檢測出交流線路相位和零交叉點。IBAL引腳的最高額定電壓為VDD + 0.3 V，因此該引腳需要采用合適的箝位電路進行保護。

在正交流電源線相位時，只有一個升壓級在有效工作。第二個級為無源級；Q2中的電流從源極流至漏極。在此相位時將Q2 FET全面導通可以最大限度地降低Q2的傳導損耗。當交流線路相位變為負時，Q1和Q2的角色則出現反轉，Q2進行有源開關，而Q1則始終處于導通狀態。相位信息通過IBAL引腳從交流線路中檢測。在軟啟動階段，兩個FET都作為預防措施進行開關操作。當IBAL引腳上的相位信息損壞或者不準確時就會出現這樣的情況。