用数字控制提高无桥PFC性能

　　随着一些专为电源设计的低成本、高性能数字控制器上市，越来越多的电源公司开始为PFC设计选用这些新型数字控制器。相比传统的模拟控制器，数字控制器拥有许多优势，例如：可编程配置，非线性控制，较低器件数目以及最为重要的复杂功能实现能力(模拟方法通常难以实现)。

　　大多数现今的数字电源控制器(例如：TI的融合数字电源控制器UCD30xx)都提供了许多的集成电源控制外设和一个电源管理内核，例如：数字环路补偿器，快速模数转换器(ADC)，具有内置停滞时间的高分辨率数字脉宽调制器(DPWM)，以及低功耗微控制器等。它们都对无桥PFC等复杂高性能电源设计具有好处。

　　数字控制的无桥PFC

　　在其他无桥PFC拓扑结构中，图1是一个已被业界广泛采用的无桥PFC实例。它具有两个DC/DC升压电路，一个由L1、D1和S1组成，另一个则由L2、D2和S2组成。D3和D4为慢恢复二极管。通过参考内部电源地，分别检测线路(Line)和中性点(Neutral)电压，测量得到输入AC电压。通过对比检测到的线路和中性点信号，固件便可知道它是一个正半周，还是一个负半周。在一个正半周内，第一个DC/DC升压电路(L1-S1-D1)有效，并且升压电流通过二极管D4回到AC中性点;在一个负半周内，第二个DC/DC升压电路(L2-S2-D2)有效，并且升压电流二极管通过D3回到AC线。像UCD3020这样的数字控制器用于控制这种无桥PFC。

　　无桥PFC基本上由两个相升压电路组成，但在任何时候都只有一个相有效。对比使用相同功率器件的传统单相PFC，无桥PFC和单相PFC的开关损耗应该相同。但是，无桥PFC电流在任何时候都只通过一个慢速二极管(正半周为D4，负半周为D3)，而非两个。因此，效率的提高取决于一个二极管和两个二极管之间的传导损耗差异。另外，通过完全开启非当前的开关可以进一步提高无桥PFC效率。例如：在一个正半周内，在S1通过PWM信号控制的同时，S2可以完全开启。当流动的电流低于某个值时，MOSFETS2压降可能低于二极管D4，因此，返回电流部分或者全部流经L1-D1-RL-S2-L2，然后返回AC源。这样，传导损耗被降低，电路效率也能够提高(特别是在轻载情况下)。同样，在一个负半周内，S2开关时，S1被完全开启。图2显示了S1和S2的控制波形。

　　传统上，效率指标在高压线路和低压线路上都规定为满载。现在，计算服务器和远程通信电源等大多数应用要求，除在满载时，在10%-50%负载范围时，效率也应当满足标准规范。在大多数AC/DC应用中，系统具有一个PFC和一个下游DC/DC级，因此，我们将根据整个系统来测量效率。若想提高轻载时的总系统效率，一种方法是降低PFC输出电压和开关频率。这要求了解负载信息，而这项工作通常通过使用一些额外电路，测量输出电流来实现。然而，采用数字控制器，便不再需要这些额外电路。在输入AC电压和DC输出电压相同时，输出电流与电压环路输出成正比。因此，如果我们知道电压环路的输出，我们便可以相应地调节频率和输出电压。使用数字控制器以后，电压环路通过固件来实现。其输出已知，因此，实现这种特性十分容易，并且成本比使用模拟方法要低得多。