1. 引言
随着能源效率要求的提升，特别是在80 PLUS认证项目的推动下，计算机电源制造商积极研究提高变换器效率的途径。标准的电源系统通常需要通过PFC（功率因数校正）电路提升输入电流的功率因数。传统的PFC电路使用整流桥二极管，但在大功率情况下这些二极管的功率损耗会显著影响效率。因此，使用无桥PFC（Bridgeless PFC）已成为一种替代方案，以提升效率。本文重点介绍如何使用标准的、低成本的模拟PFC控制器设计过渡模式（TM）无桥PFC电源。
2. 传统PFC与无桥PFC
传统的两级电源系统，包括整流电路、PFC电路和DC/DC隔离变换器，虽然可以提高功率因数，但由于整流桥二极管的损耗（在120VAC电压下，最大损耗可达6W），会导致效率下降。为解决这个问题，无桥PFC电路通过结合整流和升压转换器来替代传统PFC，从而减少二极管的功率损耗并提高效率。然而，无桥PFC的复杂控制使得其控制器成本较高，且由于MOSFET的寄生电容，EMI（电磁干扰）问题更加严重。为此，采用带有回流二极管的无桥PFC可以有效降低EMI，并简化控制结构。
3. 电路操作与设计考虑
过渡模式无桥PFC的电路操作类似于升压转换器。在正输入电压时，主电流通过第一个升压转换器（L1、S1、D1、C1）流向负载，并通过DR2回流；在负输入电压时，电流通过第二个升压转换器（L2、S2、D2、C1）流向负载，并通过DR1回流。通过使用回流二极管，可以确保两个开关S1和S2同时开启或关闭，保持升压转换器的正常工作。
3.1 电流感应设计
对于无桥PFC电路，电流感应电阻不再是首选方案。由于存在两个开关腿，需要额外电路来确保控制器能够接收到正确的电流感应信号。为了降低功率损失，建议使用电流变压器来进行电流感应。通过二极管，电流变压器确保能够准确检测所需开关腿的峰值电流，同时最小化电流感应电路中的功率损耗。
3.2 零电流检测（ZCD）设计
在标准的过渡模式升压PFC中，ZCD是通过检测升压电感辅助绕组的电压信号来实现的。当升压二极管D1导通时，ZCD引脚会出现正电压，直到电感电流降到零时，电感电压极性发生反转，ZCD电压从正变负，从而触发开关S1的开启。在无桥PFC中，ZCD电路需要对所有电感的零电流事件进行检测。为了简化电路，可以采用串联RC电路来代替电感辅助绕组，通过电容的充放电来实现零电流检测。
3.3 PFC电感设计
过渡模式PFC电路需要不同的开关频率以确保电感电流在下一个开关周期开始之前完全放电。因此，选择合适的电感值至关重要。在过渡模式无桥PFC中，由于控制器的频率范围较窄，必须仔细计算PFC电感值，以确保在不同输入电压下开关频率不超过控制器的限制。
4. 电路实现与实验验证
为了验证设计的有效性，构建了两块380W的TM-PFC参考板，分别为传统升压PFC和无桥PFC。通过对比实验，发现无桥PFC在轻载到中载范围内的效率提升约为1%，同时在120VAC和240VAC的输入电压下都实现了高功率因数。
5. 结论
通过使用低成本的标准模拟PFC控制器，可以大大降低过渡模式无桥PFC电路的整体成本，同时保持无桥PFC电路的优势。实验结果表明，与传统TM PFC相比，TM-无桥PFC在效率上有显著提升。这为高效、低成本的电源设计提供了一种有效的解决方案。