2. PFC基础回顾
功率因数校正（PFC）的核心目标，是让交流输入电流跟随输入电压呈正弦波形，并使二者相位一致，从而把功率因数从无源整流时的 0.5～0.7 提升到 0.99 以上，同时把输入电流总谐波失真（THD）压到 5%～10% 以内。在众多拓扑中，Boost PFC 因其输入电流连续、电感电流纹波小、开关管源极共地、驱动简单、可升压至 380～400V 母线等优势，成为 75W 以上开关电源最主流的 PFC 方案。
一、Boost PFC 主电路与工作原理
Boost PFC 由整流桥、升压电感 L、开关管 Q、升压二极管 D、输出电容 Co 和负载组成。其基本工作过程是：开关管导通时，电感 L 储能，二极管截止，输出电容单独向负载供电；开关管关断时，电感电流通过二极管续流，向输出电容和负载释放能量。由于输出电压高于输入峰值电压，电感电流在开关周期内始终受到输入电压与输出电压之差的控制，因此通过控制开关占空比，就能让输入电流的平均值跟随输入电压的正弦包络。
控制上通常采用双环结构：外环为电压环，采样输出母线电压，与基准比较后经误差放大器产生电流环的幅值指令；内环为电流环，采样输入电压作为电流基准的波形模板，再与电感电流采样值比较，通过乘法器和电流误差放大器生成 PWM 占空比。这样，输入电流的波形由输入电压决定，幅值由输出功率决定，从而实现单位功率因数。
二、CCM、DCM、CRM 三种工作模式
Boost PFC 根据电感电流是否连续，分为三种基本工作模式，它们直接决定了电感设计、开关频率、EMI 表现和控制策略。
- CCM（连续导通模式）：电感电流在整个开关周期内始终大于零。优点是电流纹波小、峰值电流低、EMI 较好、导通损耗小，适合大功率（通常 > 300W）场合。缺点是二极管反向恢复问题突出，需要选用快恢复或 SiC 二极管，且控制需要平均电流环，补偿设计较复杂。
- DCM（断续导通模式）：电感电流在每个周期内会降到零并保持一段时间。优点是二极管零电流关断、无反向恢复、控制简单。缺点是峰值电流大、THD 偏高、开关管电流应力大，通常只用于小功率（< 100W）或低成本方案。
- CRM（临界导通模式，也称 BCM）：电感电流在每个周期结束时刚好降到零，下一周期立即开通。它介于 CCM 与 DCM 之间，兼有二极管零电流关断和峰值电流适中的优点，但开关频率随输入电压和负载变化，轻载时频率会升得很高，需要频率钳位或谷底检测。常用于 100～300W 的中功率适配器、LED 驱动等。
三、关键波形与设计指标
理解 PFC 的关键波形，是判断工作模式和调试的基础。在 CCM 下，电感电流波形为带有高频纹波的工频正弦包络；在 CRM 下，电感电流为三角波序列，其包络仍为正弦；在 DCM 下，三角波之间存在零电流平台。输入电流波形应尽量接近正弦，否则 THD 会恶化。
设计时常用的关键指标如下表所示：
| 指标 | 典型要求 | 说明 |
|---|---|---|
| 功率因数 PF | ≥ 0.99（满载） | 衡量输入电流与电压的相位与波形一致性 |
| 输入电流 THD | ≤ 5%～10% | 总谐波失真，受电流环带宽和过零畸变影响 |
| 输出电压 Vbus | 380～400V | 需高于输入峰值电压，并留出动态裕量 |
| 开关频率 fsw | CCM 固定 65～100kHz；CRM 变频 30～300kHz | 影响电感体积、损耗和 EMI |
| 电感电流纹波 ΔI | CCM 通常为峰值电流的 20%～40% | 决定电感量和磁芯损耗 |
| 效率 η | ≥ 95%（含 PFC 级） | 受开关损耗、磁芯损耗、导通损耗共同影响 |
四、案例与常见误区
以一个 300W 的 CCM Boost PFC 为例，输入 90～264VAC，输出 390V，开关频率 65kHz。设计时先根据最低输入电压和最大功率计算最大输入电流有效值，再确定电感量，使满载时纹波电流约为峰值电流的 30%。若电感量选得过小，纹波增大，电流过零畸变加重，THD 会明显上升；若电感量选得过大，磁芯体积和铜损增加，动态响应变慢。
常见误区一：认为 CRM 一定比 CCM 效率高。实际上 CRM 开关频率随负载变化，轻载时频率很高，开关损耗反而可能超过 CCM。CRM 的优势在于二极管无反向恢复，适合中功率且对成本敏感的场景。
常见误区二：忽略输入电压过零附近的电流畸变。过零处电流环增益下降，若补偿不当，输入电流会出现平顶或尖峰，THD 显著恶化。可通过提高电流环带宽、加入前馈或采用数字控制改善。
常见误区三：只关注 PF 值，忽略轻载效率。很多 PFC 芯片在轻载时进入 DCM 或打嗝模式，PF 会下降，但效率提升。设计时需在 PF 与轻载效率之间折中。
调试建议：用示波器同时观察输入电压、输入电流和电感电流波形。若输入电流在峰值处出现明显削顶，说明电流环饱和或电感饱和；若过零处出现死区，说明电流环带宽不足或采样延迟过大。先确认工作模式，再针对性调整电感量、电流采样电阻和补偿网络。
典型 CCM Boost PFC 设计参数示例：
Vin_rms = 90～264V
Vbus = 390V
Pout = 300W
fsw = 65kHz
L = 300～500μH
ΔI / I_peak ≈ 30%
电流采样电阻 Rsense = 0.05～0.1Ω
掌握 Boost PFC 的主电路结构、三种工作模式的差异以及关键波形与指标，是后续进行磁性器件设计和损耗优化的前提。只有先明确工作模式与电流波形，才能准确计算电感量、磁芯损耗和绕组损耗，进而做出合理的优化决策。