無橋PFC的優勢及解決方案

　　無橋PFC的優勢及解決方案

　　傳統有源PFC 中，交流輸入經過EMI 濾波后會經過二極管橋整流器，但在整流過程中存在功率耗散，其中既包括前端整流橋中兩個二極管導通壓降帶來的損耗，也包括升壓轉換器中功率開關管或續流二極管的導通損耗。據測算，在低壓市電應用(@90 Vrms)中，二極管橋會浪費大約2%的能效。有鑒于此，近年來業界提出了無橋PFC 拓撲結構。實際上，如果去掉二極管整流橋，由此帶來的能效提升效果很明顯。這種PFC 電路采用1 只電感、兩只功率MOSFET 和兩只快恢復二極管組成。對于工頻交流輸入的正負半周期而言，這種無橋升壓電路可以等效為兩個電源電壓相反的升壓電路的組合。其中左邊的藍色方框是PH1 為高電平、MOSFET 開關管M2 關閉時的開關單元，右邊的橙色方框是PH2 為高電平、MOSFET 開關管M1 關閉時的開關單元。當PH1 為高電平、PH2 為低電平時，電路工作在正半周期，這時M2 相當于體二極管(body diode)，PH2 通過M2 接地;而當PH1 為低電平、PH2 為高電平時，電路工作在負半周期，這時M1 相當于體二極管，PH1 通過M1 接地。

　　圖：傳統的無橋PFC 結構示意圖。

　　相對于傳統PFC段而言，這種無橋PFC節省了由二極管整流橋導致的損耗，但不工作MOSFET的體二極管傳遞線圈電流。最終，這種結構消除了線路電流通道中一個二極管的壓降，提升了能效。但實際上，這種架構也存在幾處不便，因為交流線路電壓不像傳統PFC那樣對地參考，而是相對于PFC段接地而浮動，這就需要特定的PFC控制器來感測交流輸入電壓，而這種結構中的簡單電路并不能完成這項任務。這種架構也不能方便地監測線圈電流。此外，EMI濾波也是一個主要問題。

　　圖 4是Ivo Barbi 無橋升壓PFC 架構的新穎解決方案，這種方案中沒有全橋，相反，PFC電路的地通過二極管D1 和D2 連接至交流線路，且每個端子用于1 個PFC 段。故這種解決方案可視作2 相PFC，其中2 個分支并聯工作。這種架構也省下了電流通道中的一個二極管，并因此提升了能效。這種2 相式架構并不需要特定的PFC 控制器，具有增強的熱性能，且負相總是接地，解決了EMI 問題。