传统的单级离线式转换电路,都是由一个全桥整流和一个电容滤波构成。通过交流主线电源获得一个未校准的直流电压,滤波电容必须足够大以便可以得到一个纹波电压比较小的直流电压,这就意味着在大多数时间内,电容上的电压高于输入 AC 电源线电压,这就意味着,全桥整流电路仅在输入线电压每半周期内(因为有整流桥的存在,整流后的每个周期相当于 AC 电源的半个周期),工作很短的时间。使得从电网输入的电流变成很窄的脉冲波形,其幅度是同等直流电压下电流幅度的 5-10 倍。许多缺点因此而产生:过高的峰值电流和 RMS 电流比,使得交流电网电压畸变,在三相线输电电网中,使中性线过电流,总之,会使电网的输电能力减弱。
关于这项指标,可以参考谐波允许量标准 EN61000-3-2,或功率因数 PF(有功功率(传送到输出端的功率)和输入视在功率(线电压真有效值和线电流真有效值的乘积)的比值),功率因数 PF 是最直观的。传统的输入电容滤波电路功率因数很低(05-0.7),并且谐波含量很高。
从理论上来讲,任何开关拓扑技术都可以用来获取一个高功率因数,但是,实际应用中,升压拓扑是一种最流行的方式,因为它有以下优势: 1) 主要是,因为升压电路所需的元件最少,因此这种方式最便宜的。还有:
2) 由于升压电感位于整流桥和开关之间,引起的电流 di/dt 比较低,可以使输入产生的噪音最小化,可以减少输入 EMI 滤波元件。
3) 开关管的源极接地,便于驱动。 然而,升压拓扑结构要求输出的直流电压要高于输入的最大峰值电压(400V 是一个典型值对于 220V 输入或宽电压输入)。而且,输入和输出之间是没有隔离的,线电压上的任波动(主要指浪涌)都会影响到输出端。 目前广泛应用于 PFC 控制的方法有两种:固定频率的平均电流 PWM 模式和临界PWM 模式(TM 模式)(固定开通时间,频率变化)。
第一种模式控制方法复杂,需要一个精密的控制芯片(如 ST 的 L4981A,同时需要一片 L4981B 来进行频率调制)并且需要很多的外围元器件。
第二种模式只需要一个简单的控制器,很少的外围器件,因此这种方式更便宜。 在第一种方式中,升压电感工作于连续模式,临界模式(TM)使电感工作在介于连续和不连续模式之间,从定义上来看,相对同样的输出功率,工作在临界模式(TM)的峰值电流会比连续模式下更高,峰值电流的高低会影响到产品的成本,所以,建议在低功率输出时使用临界模式(小于 150W),第一种方式适合在更高的输出功率中应用。