利用系统级创新实现超高效率目标

当今的元件和拓扑创新技术可使电源转换系统实现超高效率。与传统的集中式交流电网系统相比，新兴的直流电网系统提供了一种更简单、更高效且更可靠的高压解决方案。例如，光伏 (PV) 电力系统只需一个从 PV 面板到 120V 或 240V 交流电网的电源转换级。分布式直流电网系统可以极大地简化高压电源转换并提高系统可用性和可靠性。

除了系统架构创新，控制系统创新是简化和改进高压电源转换系统的另一种方法。我们继续以 PFC 为例。在涉及交流的大功率应用中，CCM PFC 应该是理想选择，因为它允许较低的电感器纹波电流；因此，您需要较小的差分电磁干扰 (EMI) 滤波器。与 CCM PFC 相比，临界导通模式 (CRM) PFC 的 PFC 电感器电流始终从零甚至负值开始，电感值更小，这可以实现更低的开关损耗和更高的效率，因为导通瞬间的电源开关电流几乎为零。但是，在提供相同功率时，电感器电流纹波将远大于 CCM PFC，这会使得 EMI 滤波器设计变得困难。

在效率和差分 EMI 噪声水平之间实现良好平衡的第三种方案是多模式运行 - 在每个交流周期中组合使用 CCM 和 CRM 运行模式。在多模式运行中，PFC 电感器电感应小于 CCM 运行中使用的 PFC 电感器，但大于 CRM 运行中使用的 PFC 电感器，以允许 PFC 在一个交流周期内同时具有 CCM 和 CRM 运行模式。图 11 展示了这三种模式下的纹波电流包络。

图 11 CCM、CRM 和多模式运行模式下的 PFC 电感器电流（从左到右）。

图 12 显示了采用相同规格的多模式 PFC 和 CRM PFC（假设可保证零电压开关）之间的损耗比较。多模式 PFC 设计具有一个工作频率范围为 60kHz 至 250kHz 的 150µH PFC 电感器，而 CRM PFC 设计具有一个工作频率范围为 75kHz 至 750kHz 的 25µH PFC 电感器。因此，CRM PFC 可在半负载条件下以更高的工作频率和更小的电感器将 FET 损耗降低 40% 以上。这表明了高效高压电源转换系统应趋向于采用软开关拓扑。

图 12 1.8kW 电源单元中多模式 PFC（左）和 CRM PFC 的频谱和 FET 损耗。