由于效率要求的不斷增長，許多電源制造廠商開始將注意力轉(zhuǎn)向無橋功率因數(shù)校正 (PFC) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一般而言，無橋接 PFC可以通過減少線路電流通路中的半導(dǎo)體組件數(shù)目來降低傳導(dǎo)損耗。盡管無橋接 PFC 的概念已經(jīng)提出了許多年，但因其實(shí)施的難度和控制的復(fù)雜程度，阻礙了其成為一種主流。

一些專為電源而設(shè)計的低成本、高性能數(shù)字控制器上市以后，越來越多的電源公司開始為 PFC 設(shè)計選擇使用這些新型數(shù)字控制器。相比傳統(tǒng)的模擬控制器，數(shù)字控制器擁有許多優(yōu)勢，例如：可編程配置、非線性控制、低組件數(shù)目，以及最為重要的復(fù)雜功能實(shí)施能力（模擬方法通常較難實(shí)現(xiàn)）。

大多數(shù)現(xiàn)今的數(shù)字電源控制器，例如：TI 的融合數(shù)字電源 (Fusion Digital PowerTM) 控制器 UCD30xx 等都有許多集成電源控制外設(shè)和一個電源管理內(nèi)核，例如：數(shù)字環(huán)路補(bǔ)償器、快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、內(nèi)置停滯時間的高分辨率數(shù)字脈寬調(diào)制器 (DPWM)、低功耗微控制器等。它們是如無橋接 PFC 等復(fù)雜高性能電源設(shè)計的較好選擇。

在其他一些無橋接 PFC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中[1] [2]，圖 1?是一個已經(jīng)為業(yè)界所廣泛采用的無橋接 PFC 實(shí)例。它具有兩個 DC/DC 升壓電路[3] [4]，一個由 L1、D1 和S1 組成，而另一個則由 L2、D2 和 S2 組成。D3 和 D4 為慢速恢復(fù)二極管。通過參考內(nèi)部電源接地單獨(dú)檢測線壓和中性點(diǎn)電壓，測量得到輸入 AC 電壓。通過對比檢測線壓信號和中性點(diǎn)信號，固件便知道其為一個正半周期，還是一個負(fù)半周期。在一個正半周期期間，第一個 DC/DC 升壓電路即 L1-S1-D1 有效，同時升壓電流回到二極管 D4 的 AC 中性點(diǎn)。在一個負(fù)半周期期間，第二個 DC/DC 升壓電路即 L2-S2-D2 有效，同時升壓電流回到二極管 D3 的 AC 線。像 UCD3020 這樣的數(shù)字控制器用于控制這種無橋接 PFC。

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圖 1 數(shù)字控制無橋接 PFC

無橋接 PFC 基本都由兩個相升壓電路組成，但在任何時候都只有一個相有效。對比使用相同功率器件的傳統(tǒng)單相 PFC，無橋接 PFC 和單相 PFC 的開關(guān)損耗應(yīng)該是一樣的。但是，無橋接 PFC 電流在任何時候都只通過一個慢速二極管（正半周期為 D4，負(fù)半周期為 D3），而非兩個。因此，效率提高的多少取決于一個二極管和兩個二極管之間的傳導(dǎo)損耗差異。另外，通過完全開啟關(guān)閉的開關(guān)可以進(jìn)一步提高無橋接 PFC 效率。例如，在一個正周期期間，S1 通過 PWM 信號控制，而 S2 則可以完全開啟。當(dāng)流動的電流低于某個值時，MOSFET S2 的壓降可能會低于二極管 D4，因此返回電流部分或者全部流經(jīng) L1-D1-RL-S2-L2，然后返回 AC 源。傳導(dǎo)損耗可以降低，電路效率也可以得到提高，特別是在輕負(fù)載的情況下。同樣，在一個負(fù)周期期間，S2 開關(guān)時，S1 被完全開啟。圖 2?顯示了 S1 和 S2 的控制波形。

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圖 2 無橋接 PFC 的 PWM 波形

傳統(tǒng)上，效率指的是滿負(fù)載狀態(tài)下高線壓和低線壓的效率。現(xiàn)在，如計算服務(wù)器和遠(yuǎn)距離通信電源等大多數(shù)應(yīng)用，除滿負(fù)載狀態(tài)效率以外，還要求 10%-50% 負(fù)載范圍狀態(tài)的效率也必須滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。大多數(shù) AC/DC 應(yīng)用中，系統(tǒng)有 PFC 和下游DC/DC 級，因此我們根據(jù)整個系統(tǒng)來測量效率。若想提高輕負(fù)載狀態(tài)下的總系統(tǒng)效率，一種方法是降低 PFC 輸出電壓和開關(guān)頻率。這要求了解負(fù)載信息，而這項(xiàng)工作通常是通過使用一些額外電路測量輸出電流來實(shí)現(xiàn)的。但是，利用數(shù)字控制器，便不再需要這些額外電路。輸入 AC 電壓和 DC 輸出電壓相同時，輸出電流與電壓環(huán)路輸出成正比。因此，如果我們知道電壓環(huán)路的輸出，我們便可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)頻率和輸出電壓。使用數(shù)字控制器以后，電壓環(huán)路通過固件來實(shí)現(xiàn)，其輸出已知，所以實(shí)現(xiàn)這種特性便十分容易，并且成本比使用模擬方法要低得多。

無橋接 PFC 的難題之一是如何檢測整流后的 AC 電流。如前所述，AC 返回電流（部分或者全部）可能會流經(jīng)處于非活動狀態(tài)的開關(guān)，而非慢速二極管 D3/D4。因此，在接地通路中使用一個分路器來檢測電流（通常在傳統(tǒng) PFC 中使用），已不再適用。取而代之的是，使用一個變流器 (CT)，每相一個（圖 1）。這兩個變流器的輸出被整流，然后組合在一起，產(chǎn)生電流反饋信號。由于在任何時候都只有一個變流器整流輸出信號，即使在其組合時也是如此，因此任何時候都只有一個反饋電流信號。

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圖 3 連續(xù)導(dǎo)通模式的檢測電流波形

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圖 4 非連續(xù)導(dǎo)通模式的檢測電流波形