由于许多原因，电网被设计成交流电，但几乎每台设备都需要直流电才能运行。因此，AC-DC 电源几乎无处不在。随着环保意识的增强和能源价格的上涨，这种电源的效率对降低运行成本和合理利用能源至关重要。简单地说，效率是输入功率与输出功率之比。但必须考虑输入功率因数 (PF)，即所有 AC 电源设备(包括电源)的有用(实际)功率与总(视在)功率之比。对于纯阻性负载，PF 将为 1.00(“单位”)，但随着视觉功率的增加，无功负载会减少 PF，导致效率下降。小于 1 的 PF 在开关电源中，由异相电压和电流引起 (SMPS) 谐波含量高或电流波形失真常发生在不连续的电子负载中。

考虑到PF校正较低 PF 当功率水平高于效率时，影响效率 70W 法律法规要求设计师通过电路 PF 校正到接近 1。通常，有源 PF 校正 (PFC) 将整流电源转换为高直流电平，采用升压转换器。然后用脉宽调制 (PWM) 或者其他技术可以调整电源轨。这种方法通常有效且易于部署。然而，关于效率的许多要求，如具有挑战性的“80”  Titanium标准规定了整个宽工作功率范围内的效率，需要达到半负荷峰值效率 96%。这意味着线路整流和 PFC 级必须达到 98%，因为下一步 PWM DC-DC 进一步的损失 2%。很难做到这一点，因为桥式整流器中的二极管也会丢失。

有助于用同步整流器更换升压二极管，或者可以更换两个线性整流二极管，以进一步提高效率。这种拓扑结构被称为图腾柱 PFC (TPPFC)，理论上，使用理想的电感和开关将接近效率 100%。虽然硅 MOSFET 性能好，但宽禁带 (WBG) 该装置的性能更接近“理想”水平。

图 1：简化图腾柱 PFC 拓扑结构

随着设计师频率的增加，开关设备的动态损耗也随着磁性组件尺寸的减小而增加。因为硅 MOSFET 这些损失可能很大，设计师正在考虑使用它们 WBG 材料包括碳化硅 (SiC)和氮化镓 (GaN)，特别是对于 TPPFC 应用。

临界导通模式 (CrM) 通常，功率水平高达数百瓦 TPPFC 设计的首选方法是平衡效率和 EMI 性能。在千瓦级设计中，连续导通模式 (CCM) 可以进一步减少开关中的开关 RMS 电流，从而减少导通损失。

图 2：典型 PFC 电路:传统的升压(左)和无桥图腾柱(右) CrM，在轻载下，效率也会下降近10%，不利于实现“80”  Titanium标准”。最大频率的钳位(“折返”)迫使电路在轻载下进入 非连续导通模式(DCM)，这样可以显著降低峰值电流。为了解决设计的复杂性，需要同步驱动四个有源器件，并强制检测电感的零电流交叉 CrM，因此 TPPFC 设计绝不容易。此外，电路必须能够切换到/出 DCM，同时，保持高功率因数并产生一个 PWM 信号调节输出，并提供电路保护(如过流和过压)。

解决这些复杂问题最明显的方法是部署微控制器 (MCU) 执行控制算法。但这需要生成和调试代码，反而会增加设计的工作量和风险。

基于 CrM 的 TPPFC 不需要编码，但使用完全集成 TPPFC 控制方案可以避免耗时的编码工作。由于不再需要部署，这些设备具有高性能、更短的设计时间和更低的设计风险等优点 MCU 以及相关代码。

安森美 (onsemi) 的 NCP1680 混合信号 TPPFC 控制器是这类设备的典范，具有恒定的导通时间 CrM 下班后，确保在整个宽负荷范围内带来优异的效率。该集成器具有在轻载下频率返回“谷底开关”的功能，可以通过在最低电压下进行开关操作来提高效率。通过内部补偿，数字电压控制环可以优化整个负载范围的性能，保证设计过程仍然简单。

图 3：NCP1680 混合信号 TPPFC 控制器

这款创新的 TPPFC 控制器采用新颖的低损耗方法进行电流检测和循环限流，无需外部霍尔效应传感器即可提供优良的保护，从而降低复杂性、尺寸和成本。

图 4：NCP1680 典型的应用原理图

全套控制算法都嵌入在这里 IC 以高性价比实现高性能，为设计师提供低风险、试用、测试验证的方案。

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