带有模拟触摸和GUI的PFC数字控制器

作者：意法半导体 

STNRGPF01是三通道交错连续导通模式 （CCM）功率因数校正 （PFC） 数字控制器。客户经常低估设计电源的工作量。很少有人（如果有的话）会打开一个设备并惊叹于它是多么令人兴奋（双关语）。然而，一个糟糕的产品可能会造成严重的伤害或阻止产品获得商业化所需的监管批准。例如，限制电器谐波发射的国际标准 IEC 61000–3–2 使 PFC 控制器变得越来越必要。因此，ST 的组件通过结合公司在电源管理和电路设计方面的经验来提供令人印象深刻的功能以及与 eDesignSuite 的惊人集成，从而脱颖而出。

接近 1 的功率因数

不带和带 PFC。白色是无功功率，绿色是有功功率，蓝色是总功率或视在功率

在 1 kW 或更大功率的开关模式电源 （SMPS） 中，糟糕的设计可能会严重影响性能并增加功率损耗，从而迅速增加运营成本。对此进行量化的一种方法是使用功率因数 （PF），即用于运行设备的实际功率或工作功率（以 kW 为单位）与实际提供的总功率或视在功率（以 kVA 为单位）之间的比率（PF = kW/千伏安）。

在完美世界中，PF 始终为 1，这意味着实际功率和视在功率完全相同，设备只会使用它们需要的东西。在现实生活中，总会有一些非工作功率或无功功率，即提供的功率，但不用于运行设备。对于大型电器、电动机、变压器或焊接设备等而言，这尤其是一个问题。一个原因是设计几乎总是使用一些功能强大的组件来确保它们能够处理所有任务。绝对没有净空的设计是不负责任的。然而，这被转化为无功功率，这意味着不直接做任何工作但要花钱的功率。

连续导通模式 （CCM） 与非连续导通模式 （DCM）

为了提高功率因数，按照国际标准的要求，工程师使用 功率因数校正 （PFC） 转换器。非常简单，电感器存储电力以提供所需的无功电流，而不是从电源中汲取。因此，PFC 会降低总功率或视在功率 （kVA） 以接近 1 的 PF。提高 PF 还可以减少谐波发射，这解释了为什么最新的法规增加了 PFC 的普及。

STNRGPF01 主要专用于 1 kW 或更高的 SMPS，因此专为在连续导通模式 （CCM） 下运行的转换器而设计。很简单，这意味着电流继续流过电感器，并且在不同的开关周期中永远不会达到零。相反，在 DC-DC 转换器中更流行的不连续导通模式 （DCM） 通过允许电感器电流降至零来工作。然而，在高 SMPS 中，由于更高的峰值和 RMS 电流，DCM 会导致更多的传导损耗和更大的 PFC-MOSFET 应力，从而降低效率。因此，很容易理解为什么这些 SMPS 需要 CCM。

STNRGPF01：最好的数字和模拟，多合一

STNRGPF01的控制方案

STNRGPF01 可以控制使用多达三个交错通道的 PFC 转换器，这意味着它将使用多达三个并行级。因此，设计人员可以使用更小的电感器，从而保持更小的尺寸，同时提供更大的输出功率。然而，电路管理变得更加复杂，因为所有通道必须具有相同的电流量。因此，数字控制器是解决这个问题的“首选武器”。这就是为什么STNRGPF01 包含一个数字控制部分的原因，它简化了电流平衡和电路板的其余管理，例如冷却功能或热保护的实施。

然而，意法半导体组件的主要特点是它还包含一个模拟控制器，可确保更好地逐个周期地控制平均电流，从而实现更快的动态响应。因此，尽管它具有数字设备的所有优点，例如能够根据平台的需要定制设计，但工程师可以像管理模拟控制器一样管理控制器，而无需了解其内部架构。换句话说，设计师拥有模拟控制的高性能和数字部分的惊人灵活性，所有这些都在一个屋檐下。设计具有电压控制、OCP（过流保护）、OVP（过压保护）和温度保护等功能的强大 PFC 转换器从未如此简单。

评估板 EVAL-IPFC01V1

博客上反复出现的一个主题是，意法半导体不仅是一家组件制造商，而且是一家远远超越竞争对手的公司，可以帮助工程师做出正确的选择并快速实现最佳设计。因此，该公司不仅提供市场上功能最丰富的 PFC 控制器之一，还提供基于 STNRGPF01 的评估套件EVAL-IPFC01V1，以大大加快开发速度。这款 3 kW 三通道交错式 PFC 由电源板、控制模块和适配器组成。因此，这是开始开发符合 IEC 61000–3–2 标准的电源的最简单方法。

此外，为了从开发板快速过渡到最终产品，ST 提供了一款名为 eDesignSuite 的免费专用软件工具。得益于简单实用的图形用户界面，设计人员可以通过输入 PFC 转换器的规格来自定义其 STNRGPF01 的设置。系统甚至会提供默认值来加速该过程，并且软件可以为组件生成二进制文件，因此工程师可以加载固件而无需键入一行代码。所有选项都在应用程序文档中进一步解释。