1. 背景介绍
在功率因数校正（PFC）电路中，通常要求电源的输入功率在75瓦特或更大时进行PFC处理。PFC技术的主要目标是使输入电流跟随输入电压，从而使负载看起来像一个电阻器。对于服务器、电信和工业应用，随着能源效率和电源质量要求的提高，PFC技术的重要性日益增加。PFC性能的评估主要依据效率、总谐波失真（THD）和功率因数（PF）等指标。
尽管现代PFC电路在中高负载条件下表现优秀，但在轻负载条件下，PFC的效率、THD和PF都会显著下降。轻负载时，开关损耗、驱动损耗和反向恢复损耗会主导功率损耗，并且PFC可能从连续导通模式（CCM）转变为非连续导通模式（DCM），导致电流波形失真，THD增加。
2. AC周期跳过技术
针对PFC在轻负载时效率下降的问题，本文提出了一种新型的技术——AC周期跳过模式（Burst Mode）。在这种模式下，当负载减少到预设阈值以下时，PFC进入特殊的跳过模式，在该模式下PFC跳过一个或多个AC周期。具体来说，PFC在每个AC周期的零交叉点处关机并跳过若干个AC周期，然后在下一个AC周期重新开启。这种操作方式可以显著减少开关损耗和反向恢复损耗，从而提升轻负载时的效率。
2.1 工作原理
- 关机时的效应：PFC关机时，开关损耗、驱动损耗和反向恢复损耗降至零，功率损耗仅为待机功率，同时由于电流为零，THD为零。
- 开启时的效应：当PFC重新开启时，为了弥补关机期间的能量损失，输出功率会略高于轻负载所需的功率。这样，PFC保持在中等负载或完全关闭的状态，从而改善轻负载效率并减少THD。
2.2 AC周期跳过的调整
PFC跳过的AC周期数与负载成反比。负载越小，跳过的AC周期数越多。为了在保持输出电压波动在指定范围内的同时跳过最大数量的AC周期，可以生成一个负载与跳过周期数的查找表。该表可以根据实际负载情况精确调节AC周期的跳过数量。
2.3 特点
- 减少EMI噪声：由于PFC的开启/关闭发生在AC零交叉点，减少了电路应力和电磁干扰（EMI）。
- 动态响应：当PFC进入AC周期跳过模式后，需要冻结电流回路和电压回路，以防止积分器积累过多的误差，导致PFC重新开启时产生大幅度的电流脉冲。
2.4 负载信息的监测与调整
由于PFC输出端通常没有电流传感器，直接测量负载是不可行的。然而，可以通过监测PFC电压回路输出，间接判断负载情况。若需要准确计算应跳过多少AC周期来维持输出电压的稳定性，PFC的输入功率可以通过电流分流测量来实现，这样就能精确控制AC周期的跳过数量。
2.5 负载突变的处理
当PFC关闭时，若出现负载突变，可能导致输出电压下降。为了解决这个问题，可以通过比较输出电压和预设的阈值，一旦输出电压低于阈值，PFC立即退出跳过模式，恢复正常工作，处理负载突变。
3. 性能改进
- 效率提升：通过AC周期跳过模式，PFC在轻负载时的效率得到了显著提高（见图4）。
- THD降低：跳过AC周期后，THD显著降低（见图5）。
4. 总结
本文提出的AC周期跳过技术，在PFC进入轻负载状态时，通过跳过一个或多个AC周期来改善效率和降低THD。由于跳过周期发生在AC零交叉点，这种方法有效减少了电磁干扰和电路应力。同时，通过监测PFC的电压回路输出或输入功率，可以精确控制跳过的AC周期数量，确保在不同负载条件下的最佳性能。在负载突变情况下，PFC可以快速退出跳过模式，恢复正常工作，保证系统的稳定性。该方法通过数字控制器实现，不需要额外的硬件支持。