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高效率过渡模式（TM）无桥 PFC 电源设计实战
1. 从传统 PFC 到无桥 PFC：损耗的重构
传统的两级电源系统（整流桥 + Boost PFC）在任何时刻都有三个半导体器件处于导通路径上：两个整流二极管和一个开关管（或续流二极管）。
- 传统损耗瓶颈：整流桥二极管的典型压降为 。在 输入下，仅整流桥产生的损耗就可能占据总损耗的 。
- 无桥架构优势：通过消除整流桥，导通路径上的半导体器件减少至两个，显著降低了传导损耗，在大功率应用中效率提升通常在 以上。
2. 改进型无桥拓扑：解决 EMI 与控制难题
纯粹的无桥 PFC 虽然效率高，但存在严重的电磁干扰（EMI）和共模噪声问题，原因是其输出地（DC Bus Ground）相对于输入线是悬浮的。
推荐方案：带回流二极管（Return Diodes）的无桥拓扑
- 原理：引入两个回流二极管（），将输出地在半个周期内参考到输入线的某一端。
- 优势：
- 降低 EMI：抑制了 MOSFET 寄生电容产生的共模噪声。
- 简化控制：可以使用单个模拟控制器驱动两个并联的开关管（），因为在正半周或负半周，只有一个电感和开关组合在真正工作。
3. 关键硬件设计细节
3.1 电流感应（Current Sensing）的优化
在传统 PFC 中，分流电阻（Shunt）置于地回路上即可测量电流。但在无桥架构中，地回路是分立的。
- 方案选择：建议使用电流变压器（CT）。
- 实现：将两个小型 CT 分别放置在两个开关管的漏极路径上，通过二极管逻辑汇总信号。这不仅实现了信号隔离，还避免了采样电阻在大电流下的功耗。
3.2 零电流检测（ZCD）的创新实现
TM 模式的核心在于电感电流归零后立即开启下一个周期。
- 传统方法：使用电感辅助绕组，但这会增加磁性元件的复杂度。
- 简化方案：RC 耦合检测。通过在升压电感前端和后端之间连接一个简单的串联 RC 电路，通过电容两端的电位差变化来捕捉电感电压的反转。这种方法省去了辅助绕组，降低了电感加工难度。
3.3 过渡模式下的电感计算
TM 模式是频率随负载和电压变化的系统。电感量 决定了最低开关频率：
- 工程建议：需确保在最大输入电压下，开关频率不会超过模拟控制器的上限（通常为 ），否则会进入非连续导通模式（DCM），导致功率因数（PF）下降。
4. 实验结果与性能对比
基于两块 样板的对比测试：
| 指标 | 传统 Boost PFC | 无桥 TM PFC | 效率增益 |
|---|---|---|---|
| 120VAC (100% Load) | |||
| 240VAC (100% Load) | |||
| 功率因数 (PF) | 持平 |
结论分析：无桥 PFC 在低压输入（）时的提升尤为明显，因为低压时电流更大，整流桥的压降损耗占总功耗的比例更高。
5. 总结
过渡模式无桥 PFC 结合了模拟控制器的经济性和无桥拓扑的高效性。通过合理设计回流二极管路径和电流变压器采样，可以有效解决 EMI 和电流检测难题。该方案是研发满足“白金级”及以上认证电源的高性价比选择。
高效率过渡模式（TM）无桥 PFC 电源设计实战
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