由于糟糕的功率因數 (PF) 導致電網損耗增加，因此要求越來越多的終端設備遵守嚴格的目標值。 空調已經完全受到監管，但其他電動設備，如吊扇、真空吸塵器或冰箱可能會緊隨其后。

電源單元 (PSU) 效率提升一直是開發消耗大量電力的系統的重要研究目標。 由于具有數百瓦或更高額定功率的中高容量 PSU 需要高功率因數性能，因此此類設備具有兩級結構，其中包括功率因數校正 (PFC) 電路。

PFC 功率級的效率對整體 PSU 性能很重要。 通過使用更好的開關部件（場效應晶體管 [FET] 和二極管）、改進磁性部件材料的開發以及電路結構研究的應用，PFC 電路性能不斷提高。 在這篇文章中，我將解釋如何選擇和設計高效且具有成本競爭力的 PFC 扼流圈，以提高 PFC 功率級的效率。

圖1

圖 1 顯示了典型的單相升壓 PFC 主功率級。 在此拓撲中，四個因素對消耗影響最大：

1、橋式二極管損耗。

2、電感損耗，包括鐵損和銅損。

3、續流二極管損耗，包括導通損耗和反向恢復損耗（后者僅在連續導通模式 [CCM] 下產生）。

4、開關器件損耗，包括開關損耗、傳導損耗和驅動損耗。

圖 1 顯示了 PFC 級的哪些參數對效率有影響。 接下來，我們將討論如何在 PFC 扼流圈設計中選擇合適的磁性材料，以提高效率，同時又具有成本競爭力。

通常，磁芯分為合金型磁芯和鐵氧體磁芯，合金型磁芯包括鐵粉磁芯、鐵硅鋁粉磁芯、鐵鎳合金和非晶磁芯。 不同的磁性材料具有不同的特性：鐵氧體磁芯具有很高的微值，因此您可以輕松獲得高電感，但也很容易飽和。 合金型磁芯具有軟飽和特性，這意味著即使通過短電流也不會飽和，這一特性在某些應用中非常有用。 表 1 比較了不同的磁性材料。

不同的磁芯形狀具有不同的特性，例如成本、熱和屏蔽特性。 表 2 比較了不同形狀之間的關鍵特征。

當開始新設計時，首先應該知道的主要目標是什么：高效率、低成本或小尺寸。 不同的要求決定了應該選擇哪種磁性材料才能達到最佳性能。

230V、3.5kW PFC 具有≥98% 的效率，針對 BOM 和尺寸參考設計進行了優化，是一種 TI 設計，特別適用于空調等電器應用。 在此參考設計中，我使用鐵硅鋁芯作為 PFC 扼流圈。 我選擇 45kHz 作為主開關頻率，因為在這個頻率下，鐵硅鋁芯具有成本和效率的最佳平衡，因此我可以在高線路輸入下獲得非常高的效率。

表 3 和表 4 分別顯示了 230VAC 和 270VAC 輸入下的效率測試結果。 同時，由于鐵硅鋁芯具有軟飽和特性，避免了主開關短路的風險。

從這些表中，可以看到，在不使用碳化硅 (SiC) 二極管等任何昂貴組件的情況下，可以在高線路輸入下達到 98.6% 的峰值效率。

圖 2 顯示了 230VAC 輸入下的工頻 PFC 扼流電流； 形狀與輸入電壓相同。 圖 3 顯示了 230VAC 輸入下的開關頻率 PFC 扼流電流。 從這張圖中可以看出，開關在開啟和關閉時幾乎沒有振鈴噪聲，這有助于提高電磁干擾 (EMI) 性能。

圖3

圖4