功因修正電路

功率因數修正之目的主要為提高電源的使用率和降低電流諧波對電子零件 之干擾。在傳統的功因修正電路中，主要是加入電感與電容形成一低通濾波器(如 圖2-9)來達成功因修正的目的，但低通濾波器會有頻率選擇的現象，而使電流諧 波無法完全有效濾除，這種稱為被動式功因修正的電路雖然架構簡單，但其體積

大、效率低、容易發出蜂鳴聲，且無法將功因值提高至0.95以上（功率因數只能 達到0.5~0.7左右），改善效果有限。主動式之功因修正電路有下列之優點[[8], [15]]：

(1) 功率因數較高（幾乎可達到1）。

(2) 使用較小之電感與電容，體積上可減少。

(3) 可以調整直流輸出電壓。

(4) 產生的EMI很低。

(5) 能夠處理大功率的輸出。

主動功因修正電路依架構而言可分為降壓型（Buck）、升壓型（Boost）、降 升壓型（Buck-Boost）、返馳型（Flyback）、邱克型（Cuk）和西比克（Sepic）等 多種架構，一般應用在高功因與高功率下以升壓式架構(圖 2-10)為最多。

以升壓型轉換器為基本架構的電路而言，在過去的發展過程中，不同的控制 模式可分成以下五種方法[15]：

(1) 磁滯電流控制模式（Hysteresis Current Mode）

(2) 峰值電流控制模式（Peak Current Mode）

(3) 平均電流控制模式（Average Current Mode）

(4) 邊界電流控制模式（Critical Current Mode）臨界電流控制模式（Transition Mode）不連續電流控制模式（Discontinuous Current Mode）

若依據電感電流的操作過程則可分為連續導通模式（Continuous Conduction Mode，CCM）、不連續導通模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）與臨 界導通模式(Critical Conduction Mode，CCM)。前者適合高功率需求，其控制方法 是運用乘法器將升壓轉換器操作在電流連續模式，此時電感上的電流為連續且電

號，達到單位功因的目的。同時為了輸出獲得穩壓，乘法器被用來控制弦波參考 信號的大小。圖2-11 所示為其操作原理，一個同步於線的弦波產生電路提供線電 流控制回路，而輸出電壓與參考電壓做完比較後，送至線電壓控制回路（乘法 器），與線電流做完比較後，送至開關電路作功因修正，上述的控制模式(1)~(4) 皆屬於連續導通模式。

至於不連續導通模式(DCM)與臨界導通模式(CCM)則適合低功率需求，其控 制方法則運用電壓追蹤控制法，將升壓型轉換器操作於不連續導通模式或臨界導 通模式，它的優點是簡單、經濟，但卻有較高的電流失真波形，間接影響無法達 成單位功因的目的。其控制電路的基本架構與系統中重要的電流波形分別示於圖 2-12 和圖 2-13。

值得注意的是：邊界電流和不連續電流控制模式在每個切換週期內，電感電 流都會降到零，開關在每次導通前都是在零電流的情況下，所以切換損失較小，

也避開了二極體逆向回復的問題。此外，由於操作在不導通模式或其邊界下，所 以元件所受的應力較大，不適合用在高功率的工作環境下，輸入電流也容易產生 高頻的漣波。其餘的連續導通模式 CCM 控制模式則降低了輸入電流的失真，且 提高了轉換器的功率，適用於高功率的電路，但 IC 內部的電路設計較複雜。目 前市面上皆有適用的控制IC，價格合理且性能優越，其特性如表 2-4。

圖2-9 被動式功因修正電路—π 型濾波器

(+)

(-)

L

M

D

C

Drive

IC AC DC

圖2-10 主動功因修正電路—昇壓型

MPFC

V

x xy

y 弦波產生 參考電路

PFC 控制IC

功因修正電路

圖2-11 一般連續導通控制模式的 PFC 電路原理

MPFC

V

PFC 控制IC

功因修正電路

PWM Modulator

Error Amplifier

圖2-12 不連續導通模式的 PFC 電路

電 感 電 流 峰 值 包 絡 線

平 均 電 感 電 流 開 關 電 流

表2-4 主動功因修正器的控制模式比較

導通模式 控制方式 適用

IC

DCM

ML4813

固定導通時間 邊界電流模式

L6560/61

MC34262 FAN7527 UC3852 KA7524 SG3561 TDA4814/16/17/18

變頻 固定導通時間

峰值電流模式

ML4812 TK84812

定頻

平均電流模式

UC3854/55 TK3854A

ML4821 TDA4815/19

TA8310 L4981A/B LT1248/49

定頻

CCM

磁滯電流模式

CS3810