在電力電子系統(tǒng)中，功率因數(shù)校正(PFC)電路是提升電網(wǎng)能源利用效率的核心模塊，其通過(guò)將輸入電流波形整形為與電壓同相的正弦波，顯著降低諧波污染。根據(jù)電感電流的導(dǎo)通特性，PFC電路可分為臨界導(dǎo)通模式(CRM)、連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)及斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)，其中CRM與CCM因兼顧效率與功率密度，成為工業(yè)界主流選擇。本文從工作原理、效率特性、電磁兼容性(EMC)及成本維度展開(kāi)對(duì)比，為不同應(yīng)用場(chǎng)景下的PFC設(shè)計(jì)提供選型依據(jù)。

工作原理與控制機(jī)制差異

CRM(臨界導(dǎo)通模式)采用變頻控制(Variable Frequency Control)，其核心特征是電感電流在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)恰好降至零，形成“臨界連續(xù)”狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管(如MOSFET)導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)能;關(guān)斷時(shí)，電感通過(guò)二極管向輸出電容釋放能量，電流線性下降至零后觸發(fā)下一個(gè)周期。這種模式通過(guò)零電流檢測(cè)(ZCD)電路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)整，例如在輸入電壓峰值附近頻率降低，在過(guò)零點(diǎn)附近頻率升高，從而維持輸入電流的連續(xù)性。

CCM(連續(xù)導(dǎo)通模式)則采用定頻控制(Fixed Frequency Control)，電感電流始終高于零，形成連續(xù)的三角波。其控制策略通常為電壓外環(huán)+電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)：電壓環(huán)調(diào)節(jié)輸出電壓，電流環(huán)通過(guò)比較參考電流與實(shí)際電流生成PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管。例如，在Boost PFC中，當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，電感持續(xù)儲(chǔ)能，開(kāi)關(guān)管以固定頻率切換，電流波形平滑且相位緊隨電壓。

開(kāi)關(guān)損耗與導(dǎo)通損耗的權(quán)衡

CRM的效率優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在輕載場(chǎng)景。由于開(kāi)關(guān)頻率隨輸入電壓和負(fù)載動(dòng)態(tài)變化，在低功率時(shí)頻率顯著降低(如從100kHz降至20kHz)，從而減少開(kāi)關(guān)損耗(Switching Loss)。以65W適配器為例，CRM方案在10%負(fù)載下開(kāi)關(guān)損耗占比僅5%，而CCM因固定頻率運(yùn)行，開(kāi)關(guān)損耗恒定，相同條件下占比達(dá)15%。此外，CRM的軟開(kāi)關(guān)特性(ZCS)進(jìn)一步降低了MOSFET的關(guān)斷損耗，尤其在高頻應(yīng)用中效率提升明顯。

CCM在重載時(shí)效率更優(yōu)。其電感電流連續(xù)，導(dǎo)通損耗(Conduction Loss)通過(guò)優(yōu)化電感設(shè)計(jì)(如采用低損耗鐵氧體磁芯)和開(kāi)關(guān)管選型(如超結(jié)MOSFET)得以控制。例如，在3kW通信電源中，CCM方案在滿載時(shí)導(dǎo)通損耗占比僅8%，而CRM因高頻運(yùn)行導(dǎo)致磁芯損耗增加，相同條件下導(dǎo)通損耗占比達(dá)12%。此外，CCM的定頻控制簡(jiǎn)化了熱設(shè)計(jì)，避免了CRM因頻率波動(dòng)引發(fā)的局部過(guò)熱問(wèn)題。

電磁兼容性(EMC)與濾波設(shè)計(jì)

CRM的EMC設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性。其開(kāi)關(guān)頻率在輸入電壓過(guò)零點(diǎn)附近急劇升高(可達(dá)數(shù)百kHz)，導(dǎo)致差模噪聲頻譜擴(kuò)展至MHz范圍，需增加X(jué)/Y電容和共模電感數(shù)量以滿足CISPR 32標(biāo)準(zhǔn)。例如，在150W LED驅(qū)動(dòng)電源中，CRM方案需額外添加3級(jí)EMI濾波器，體積增加20%;而CCM因定頻運(yùn)行，噪聲集中在開(kāi)關(guān)頻率及其諧波處，通過(guò)單級(jí)濾波即可達(dá)標(biāo)，成本降低15%。

CCM的輸入電流紋波更低。連續(xù)的電感電流使輸入電流THD(總諧波失真)通常<3%，遠(yuǎn)優(yōu)于CRM的5%-8%。這一特性在醫(yī)療設(shè)備(如MRI電源)等對(duì)諧波敏感的場(chǎng)景中至關(guān)重要。安森美推出的NCP1654控制器通過(guò)優(yōu)化電流環(huán)響應(yīng)速度，使CCM-PFC的THD在全負(fù)載范圍內(nèi)<2%，滿足IEC 61000-3-2 Class D標(biāo)準(zhǔn)。

成本與復(fù)雜度分析

CRM的硬件成本較低。其無(wú)需復(fù)雜的電流傳感器(僅需ZCD檢測(cè))，且開(kāi)關(guān)管耐壓要求通常低于輸出電壓(如Boost PFC中開(kāi)關(guān)管耐壓為輸出電壓的1.2倍)，可采用低壓器件降低成本。例如，在200W工業(yè)電源中，CRM方案使用600V MOSFET，而CCM需800V器件，成本增加10%。此外，CRM的磁元件體積較小(因電感電流峰值較高，但平均值較低)，進(jìn)一步節(jié)省材料成本。

CCM的軟件與控制復(fù)雜度更高。雙閉環(huán)控制需精確的電流采樣與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，例如TI的UCC28180控制器需配置Type II補(bǔ)償器以穩(wěn)定電流環(huán)，而CRM的單環(huán)控制(僅電壓環(huán))調(diào)試周期縮短30%。然而，隨著數(shù)字控制技術(shù)的普及(如STM32G4系列MCU集成PFC專用硬件加速器)，CCM的控制復(fù)雜度問(wèn)題逐步緩解，其成本優(yōu)勢(shì)在規(guī)模化生產(chǎn)中愈發(fā)顯著。

典型應(yīng)用場(chǎng)景與選型建議

消費(fèi)電子適配器(<300W)

優(yōu)先選擇CRM方案。其輕載效率高(滿足DoE Level VI能效標(biāo)準(zhǔn))、成本低，且適配器體積受限，CRM的小型化優(yōu)勢(shì)突出。例如，戴爾XA3適配器采用英飛凌CoolMOS? C7系列器件，在65W功率等級(jí)下實(shí)現(xiàn)94%的峰值效率，功率密度達(dá)25W/in3。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源(500W-3kW)

CCM是主流選擇。其重載效率、低THD及定頻特性契合數(shù)據(jù)中心對(duì)可靠性與電磁兼容性的嚴(yán)苛要求。華為NetEngine系列電源采用Infineon HybridPACK? Drive模塊，結(jié)合CCM拓?fù)?，?.2kW功率下效率達(dá)98%，THD<1.5%。

新能源充電樁(>3kW)

圖騰柱無(wú)橋PFC(結(jié)合CCM控制)成為趨勢(shì)。其通過(guò)消除輸入整流橋減少導(dǎo)通損耗，效率較傳統(tǒng)Boost PFC提升2%-3%。例如，ABB Terra 360充電樁采用圖騰柱CCM-PFC，在360kW功率下電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)>0.99，諧波<3%。

未來(lái)趨勢(shì)：混合模式與數(shù)字化融合

為兼顧C(jī)RM與CCM的優(yōu)勢(shì)，行業(yè)正探索混合控制策略。例如，安森美NCP1632控制器在輕載時(shí)切換至CRM以降低損耗，重載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為CCM以抑制噪聲;而ADI的LT4275則通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整電感值實(shí)現(xiàn)模式平滑過(guò)渡。此外，數(shù)字控制技術(shù)(如GaN器件與DSP結(jié)合)使PFC電路能夠?qū)崟r(shí)優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率與電流波形，推動(dòng)效率與功率密度邁向新高度。

PFC電路的CRM與CCM模式選型需綜合考量功率等級(jí)、效率需求、成本約束及EMC標(biāo)準(zhǔn)。隨著第三代半導(dǎo)體與智能控制技術(shù)的發(fā)展，兩者邊界逐漸模糊，未來(lái)設(shè)計(jì)將更聚焦于系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)綠色能源的高效轉(zhuǎn)換與利用。