傳統上，PFC（功率因數校正）離線功率轉換器的設計帶有兩個功率級：第一個功率級通常情況下是一個升壓轉換器，因為此拓撲結構中有連續的輸入電流，可使用乘法器以及平均電流模式控制進行改變，以獲得近乎一致的功率因數 (PF)。不過，升壓轉換器要求有比輸入更高的輸出電壓，同時要求一個額外的轉換器將電壓步降到可用水平（見圖 1）。
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圖 1 兩功率級轉換器的功能結構圖 |
傳統的升壓轉換器有一個固定的輸出電壓，比最大的峰值線電壓要高。盡管如此，我們也不必對它進行調節，因為步降轉換器（2 功率級）可對變量進行調節。只要壓升超過峰值輸入電壓，轉換器就會進行適當調節。使用升壓跟隨器對線電壓的變化進行跟蹤響應有著許多好處，比如縮小的升壓電感器尺寸，以及在峰值線電壓較低時更低的開關損耗。
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圖 2 升壓跟隨器和傳統 PFC 預調節器的輸出電壓如何對 Vin(t) 進行跟蹤 |
升壓電感 (L)
對升壓電感的選擇是根據最低峰值線電壓為 (Vin(min) 、占空比 (D) 為最大時所允許的最大紋波電流 (ΔI) 而定的。以下方程用于計算每一類（傳統或跟隨器型）預調節器功率級中的電感。ΔI 為峰值輸入電流的 20%[5]；Pout 為最大輸出功率；而 Vout (min) 則為最小升壓輸出電壓。這些方程表明，在輸入電壓范圍較大時，升壓跟隨器拓撲結構中的電感會小很多。
例如，若要在具有 85V～265V 寬泛輸入范圍的 250W 應用中，跟蹤輸入電壓的輸出電壓范圍為 206V～390V 時，使用上述的方程對升壓跟隨器拓撲的電感進行計算，將需要 570 μH 的電感。同樣的條件下，對傳統的 390V 固定直流輸出拓撲而言，則需要 1mH 的電感。
升壓開關損耗
以下方程計算了升壓 FET 中的功率損耗 (PQ1) [3][5]，并表明相對于傳統 PFC 而言，當線電壓較低時，寄生 FET 的電容損耗 (PCOSS) 以及 FET 的轉換損耗 (PFET_TR) 在升壓跟隨器 PFC 中會小很多。這是因為線電壓較低時輸出電壓 (Vout(min)) 在升壓跟隨器 PFC 中會小很多，從而減少了整體的開關損耗。
例如，一款 IRFP450 HEXFET（同樣的條件應用于升壓電感）的功率損耗在升壓跟隨器中為 11.5W，而在傳統的調節器中的功率損耗則為 19.5W，也就是說在線電壓較低時，升壓跟隨器的效率高出大約 3%。
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圖 3 升壓跟隨器型 PFC 與傳統 PFC 的實驗室結果比較 |
升壓 FET 散熱片尺寸的縮小
升壓 FET 散熱片尺寸的計算在輸入電壓最低時進行，因為此時 FET 功率損耗最高。以下方程可用于計算傳統或跟隨器型要求的散熱片 (Rθsa) 的最小熱阻。其中，Tjmax 為最高的結溫，Tamb 為最高的環境溫度，Rθjc 為半導體接面至外殼的熱阻，而 Rθsc 則為散熱片到外殼的熱阻抗。
通過該方程我們可以看到，由于 FET 功率損耗 (P_semi) 減少并且熱阻抗上升，因此要求的散熱片尺寸縮小——這是升壓跟隨器相對傳統拓撲的又一好處。通過升壓開關損耗部分已計算得出的功率損耗，我們可以選擇升壓跟隨器和傳統 PFC 預調節器的散熱片，以更明顯地看到升壓跟隨器的這一優點。對傳統拓撲或跟隨器型拓撲的設計要求是 Tjmax 不能超過 FET 最大額定溫度的 75%，而 Tamb 則通過線性速度為 150 英尺/分的風扇維持在 40°C。所使用的 IRFP450 在傳統拓撲中要求的 AVVID 散熱片部件編號為 53002（體積大約為 4.125 立方英寸），而在升壓跟隨器拓撲中則要求為 AVVID 531202（大約 1.38 立方英寸）——體積縮小了大約 66%。
保持電容的選擇
不幸地是，如果不增加成本，那么您也就沒有辦法獲得更多的性能。在您得到好處的同時，在電路中也包含進了另一些缺點，包括更慢的瞬態響應以及更大的保持電容 (Cboost)，以下方程可估算出要求保持時間為 (tholdup) 的電容大小。Vholdup 是設計要求的保持電壓的大小。
對升壓跟隨器和傳統預調節器的最小要求保持電容進行計算表明了在升壓跟隨器拓撲中，電容可以高到何種程度。在 250W 具有 16.7-ms 保持時間和 85-V 保持電壓的應用中，傳統拓撲的最小輸出電壓 Vout (min) 為 390V,而升壓跟隨器拓撲則為 206V。升壓跟隨器拓撲要求的保持電容大約為 330 μF，而傳統的轉換器拓撲則僅需要 150 μF。
結論
升壓跟隨器型 PFC 預調節器相對傳統 PFC 預調節器而言，有更多的優點，電源設計人員對這些優點也頗感興趣。其優點具體包括升壓跟隨器型 PFC 在線電壓較低時有更高的效率，更小的升壓開關散熱片，以及更小的升壓電感器，從而滿足了相似電源的要求。不幸地是，為了得到使用升壓跟隨器帶來的好處，設計人員將面臨更慢的瞬態響應，以及更大的升壓保持電容。
參考書目
1、《高功率因數轉換預調節器的優化設計》，作者：Lloyd Dixon，1990 年度 Unitrode 電源設計研討會 SEM-700 第七主題
2、《UCC3819 250W 功率因數校正 (PFC) 升壓跟隨器預調節器的設計》，作者：Michael O'Loughlin，2002 年版 PP1-12 頁，網址：www.ti.com
3、《功率轉換》匯刊， 1992 年 9 月版 第 67 頁
4、《關于電流模式電源的幾點實踐思考》、《Unitrode應用手冊 SLUA110》以及《電源控制產品 (PS) 2000 說明書》，PP3-559 頁
5、《UCC3817 產品說明書》，網址：www.ti.com《SLU395E》2001 年 4 月版第 8 頁