以系統級創新實現超高效率目標

現今的元件和拓撲創新可使電源轉換系統的效率比以往更高出許多。相較於傳統的集中式 AC 電網系統，新興的 DC 電網系統提供比傳統集中式 AC 電網系統更簡單、更有效率且更可靠的高壓解決方案。例如，光電 (PV) 電源系統只需一個從 PV 面板到 120-V 或 240-V AC 電網的電源轉換階段。分散式 DC 電網系統可大幅簡化高壓電源轉換，並提升系統可用性與可靠性。

除了系統架構創新之外，控制系統創新也是簡化及改善高壓電源轉換系統的另一種方式。我們會繼續使用 PFC 做為範例。在牽涉 AC 的高功率應用中，CCM PFC 應當是首要選擇，因為其可降低電感器漣波電流，所以您需要較小的差動電磁干擾 (EMI) 濾波器。相較於 CCM PFC，臨界導通模式 (CRM) 使 PFC 電感器電流一律從零甚至是負開始，因此電感較小，可降低切換損耗並提高效率，因為開啟時的電源開關電流幾乎為零。不過，在提供相同功率時，電感器電流漣波會比 CCM PFC 高出許多，因而造成 EMI 濾波器設計上的困難。

第三個選項在效率和差動 EMI 雜訊位準之間提供適當平衡，是一種多模運作，即為在每個 AC 循環中結合 CCM 和 CRM 的運作。在多模運作中，PFC 電感器電感應小於 CCM 運作中使用的 PFC 電感器，但大於 CRM 運作中使用的 PFC 電感器，如此 PFC 在 AC 循環中才能同時讓 CCM 和 CRM 運作。圖 11 說明這三種模式下的波紋電流封包。

圖 11 CCM、CRM 和多模運作下的 PFC 電感器電流 (從左至右)。

圖 12 顯示具有相同規格的多模 PFC 和 CRM PFC (假設保證零電壓切換) 之間的損耗比較。多模 PFC 設計具備運作頻率範圍為 60 kHz 至 250 kHz 的 150-µH PFC 電感器，而 CRM PFC 設計具備運作頻率範圍為 75 kHz 至 750 kHz 的 25-µH PFC 電感器。因此，CRM PFC 可在半負載下降低 40% 以上的 FET 損失，並可採用更高的運作頻率和更小的電感器。這表示高效率高壓電源轉換系統應移向採用軟切換拓撲的方向。

圖 12 多模 PFC (左) 中的頻譜和 FET 損失，以及 1.8-kW 電源供應單元中的 CRM PFC。