O 引 言
    电源是每一个电子设备所必须的重要组成部分。按照国际电工委员会标准IEC 61000—3—2的要求，电子设备输入电流中谐波电流成分都有一定的限值，小功率电源可以使用简单的无源功率因数校正，即可获得有效的抑制，而大功率电源则普遍使用有源功率因数校正控制器。作为在较大功率电源中普遍使用的基于L4891B设计的APFC已有诸多介绍，但在实际电源设备的使用过程中，由于工作环境和使用要求的不同往往会出现这样或那样的问题，而限制和影响了它的广泛使用。鉴于此，针对在此过程中出现的诸多问题进行了深入分析和探讨，并提出了一些切实可行的有效解决方案。

1 如何提高效率
    现代技术的发展要求电器设备，既要小巧，又要高效，还要求输入电压具有更广泛的通用性。一个完整的Boost APFC包括全波整流和升压型DC—DC转换，这种配置的APFC具有许多优点：连续输入电流和容易提高功率因数。升压型拓扑结构通过限制输入电压也可以获得很高的效率，但当输入电压范围变宽后，要维持同样的高效率就变得有些困难。
    为此在实际的应用产品中，采用电路简单、可靠性较高的3种方法：一是减小半导体二极管的反向恢复损耗；二是用IGBT代替MOSFET，以减小开通损耗；再就是减小交流损耗。
    首先，选用一种SiC肖特基二极管，它具有高的温度特性(最高允许工作温度达到300℃)，高的反向耐压，低的导通电阻和高的开关频率等。以上特点使得开关器件体积缩小，开关频率的提高也使得。Boost APFC的体积进一步减小。同时它还具有正的温度系数，便于在大电流时采用多个二极管并联使用，不会造成二极管之间的电流出现不均衡的现象。再有这种二极管的反向恢复时间及反向电流都非常小，并且有非常好的温度特性，其反向恢复时间不会随着温度升高而变化。用它就会减小开关管导通时的开关损耗，从而提高效率。
    其次，用IGBT代替MOsFET，一个主要的原因是：MOSFET开关在低输入电压时，由于导通器件的漏源极间为导通电阻，使得其导通损耗快速增加，即随着电流的增大而与电流的平方成正比。而IGBT则是集射极间的几乎是相同的电压饱和压降，因此，其导通损耗相对增加较慢，只与输入电流成线性关系。这就减小了在宽范围输入电压下的损耗，提高了系统效率。
    最后，减小交流损耗，交流损耗的产生主要由电感的纹波电流造成的。绝大部分的损耗来自于磁心本身，并且严重依赖于磁心材料本身，为此采用非晶铁心材料饶制的电感，因为它具有优良的恒电感特性和抗直流偏磁能力，且损耗小。不过成本较贵，但对提高Boost APFC效率效果明显。
    经过调整后带整流桥的Boost APFC的输入功率与效率的关系，如下图1所示。

2 如何提高稳定性
    平均电流控制技术是在峰值电流控制技术的基础上发展起来的。在这种控制方式中，乘法器与比较器之间增加了一个电流调节器。该电流调节器控制输入电流的平均值，使其与编程信号波形相同，由于电流环具有较高的增益带宽，跟踪误差小，因此瞬态特性较好。是目前应用最广泛的一种控制技术。
    这种技术的电压环带宽控制在20 Hz以下，电流环则要求足够快以满足不失真和低谐波的要求。事实是，在实际产品的设计过程中，经由理论分析设计的电路在带阻性负载或者交流变频压缩机测试时，工作一切正常。但当带直流变频压缩机这类感性负载工作时，就出现新的不稳定现象见图2，即遇到双周期分叉现象。

由于在整个设计过程中，存在许多理想假设，例如：假设变换器的输出纹波很小；假设当通过较大输出电容时可被忽略，而大电容因其成本高，体积大，在实际中使用中并没有那么大；假设用输入电压有效值代替时变值，忽略其时变的影响等。另外由于PFC的固有属性，PFC动态环路总是用低带宽进行补偿，目的是不对频率2xfL的纹波产生响应，这里fL指交流电源线的频率。因此，当负载突变时，调整电路不能做出快速响应，从而引起输出电压波动过大。而稳定系统自身可以调节扰动，使其重新进入稳定运行状态；不稳定系统无法控制扰动，从而进入不稳定运行状态。结果出现上述的双周期现象。
    变换器输出电容上的电压是由输入功率与输出功率的差所形成的，输入功率由乘法器的输出电流控制，而乘法器的输出电流又由前馈电流环及反馈电压环共同决定。电压前馈可用于补偿输入电压引起的增益变化，提高回路的稳定性和对交流电压瞬变的瞬间响应性。同时，应有尽可能高的穿越频率，以实现快速跟踪性能。应有足够的稳定裕量，使系统有强的鲁棒性。
    为了解决这个问题，在芯片的外围设计中采用了增强动态响应功能。使用高纹波、低等效串联电阻(ESR)的电容，重新设计和调整电压环、电流环网络参数，反复试验，最后得出结论。即：仔细调节输出电压误差放大器的输出，使设计的电流环的瞬变跟踪特性变强，变换器在大电流和感性或阻性负载的情况下，皆具有更好的稳定输出电压的能力，消除了双周期现象的发生。功率因数与其他性能指标正常，未有不良结果产生，达到了预期的目的。

3 如何提高电磁兼容性
    电磁兼容性是指在同一电磁环境中，设备能够不因为其他设备的影响正常工作，同时也不对其他设备产生影响工作的干扰。正基于此，干扰造成的原因有内外2种，内部干扰主要是主电路开关过程对控制电路及外部电路造成的影响，外部干扰是电网的纹波和周围用电设备对Boost PFC造成的干扰。针对干扰产生的3要素即干扰源、耦合途径和敏感的接收设备，采用了以下措施：
    (1)合理的布局和布线。干扰强度是随着导线和干扰源距离的平方而减小。所以，在电路元件的布局和布线上，尽量使交流输入和直流输出分开并远离。布线要严格分开，简化电流通路的途径，减少相互交叉干扰。
    (2)主电路和控制电路本身抗干扰措施。在主电路方面，单相整流桥输入和输出端都应接高频电容，以阻断电网的高频干扰。控制电路芯片的参考基准电压要稳定，也应接一个高频去耦电容到地。