半无桥/交错式拓扑各擅胜场 - 全方位半无桥式/交错式PFC

　　半无桥/交错式拓扑各擅胜场

　　交错式及半无桥式PFC的效率表现均可圈可点。半无桥式PFC可减少系统中桥式整流器一半的耗损进而提升效率，交错式PFC可分散电源而降低一半预整流器的传导耗损。为评估使用交错式及半无桥式PFC所能实现的效率提升，笔者实际进行了一项实验，将300瓦的转换模式（Transition Mode）交错式PFC预整流器系统修改成150瓦，并将之与150瓦半无桥式PFC预整流器和传统单一升压功率级150瓦转换模式PFC预整流器一起比较，以了解三种预整流器拓扑从30瓦负载升高到150瓦满负载的效率变化。

　　为使具备恆定通导时间的交错式转换模式PFC预整流器能在图1所示的转换模式半无桥式拓扑下运作，笔者额外设计了一套外部电路（图3），让交错式PFC预整流器的各个电感能在半无桥式拓扑中达到零电流侦测（Zero Current Detection）。此电路可用于大多数单一升压功率级的恆定通导时间转换模式PFC控制器，进而得以用于半无桥式转换模式PFC预整流器。

　　

　　图3　将交错式拓扑转换为半无桥式转换模式所需的额外电路

　　图4即为此一实验的结果。为了使比较的基础一致，各个场效电晶体（FET）都是以一个离散的1.5安培闸极驱动电路加以驱动，因此场效电晶体在这三种拓扑都能达到相同的升高与降低时间。从图4可看出，传统及半无桥式PFC预整流器在轻负载时所发挥的效率高于交错式PFC预整流器，因为在轻负载下驱动两个场效电晶体时，其切换耗损相当严重。关闭轻负载条件下的相位，可提升PFC预整流器的轻负载效率，进而达到近似传统预整流器的轻负载效率。

　　

　　图4　三种PFC预整流器效率比较

　　当系统处于150瓦满载状态下时，由于传导损耗相当严重，因此传统PFC预整流器的效率最低。半无桥式PFC预整流器的满载效率略优于传统PFC预整流器，效率大约高出0.7%，但仍低于交错式PFC预整流器的1.3%，因此交错式PFC预整流器的满载效率是最佳的。

　　高功率密度应用宜採交错式PFC

　　根据笔者的评估与实验结果，半无桥式PFC预整流器确实比传统单一升压功率级PFC预整流器更有效率，然而，半无桥式PFC的电感总量比传统PFC升压电感至少高出1.4倍，因此严重影响预整流器的功率密度。

　　在所评估的三种拓扑中，半无桥式PFC可发挥最大的轻负载效率，而在传导损耗相当严重且转换器须散热的满负载情况下，交错式PFC预整流器的效率最高。 整体来说，交错式PFC预整流器所发挥的优点，远高于半无桥式及传统PFC拓扑。藉由降低电感及电磁波干扰总磁量，交错式PFC预整流器可在设计中达到最高的功率密度，而且比起传统 PFC更能缩小电容体积。此外，利用交错可减少一半的传导损耗，并且能缩小散热器体积，进而达到较高的功率密度。