工作原理
Boost PFC 在把直流母线充到高于电网峰值的同时，把输入电流整形为与电网电压同相的正弦波。输入电压每个工频周期两次从零升到峰值，占空比和电感纹波随之不断变化，而各个量的最坏情况分别出现在周期内和输入范围内的不同位置。
电感按低压满载确定：此时电流最大，纹波取为正弦波顶点处低压峰值电流的比例 r。随后在高压下检查同一电感：由于 v_in 会经过 V_out/2，纹波的绝对值可能更大，但输入电流小得多，因此在过零点附近电流谷值降到零，变换器进入断续导通。
输出电容要分别完成两件事：在电网掉电时维持输出（保持时间），并把两倍工频纹波限制在允许范围内，因为单相 PFC 输入的功率以 2·f_line 脉动，而负载取用的是恒定功率。哪个条件要求的电容更大，就由哪个决定。
开关管、二极管和电容的有效值电流采用常用的低压近似式，M = 8√2·V_ac/(3π·V_out)。M 不是电压增益，而是工频周期内输入有效值电流平方中由二极管承担的比例，即 I_D,rms² = M·I_in,rms²，I_sw,rms² = (1 − M)·I_in,rms²。这些式子忽略高频纹波，在这里使用的纹波比下影响只有几个百分点。
设计步骤
- 1确定输入范围、工频频率、输出电压和功率以及预估效率，确认高压峰值明显低于 V_out。
- 2选择开关频率和低压峰值处的纹波比（通常 20 % 到 40 %），计算电感。
- 3在输入范围两端检查电感：最大峰值电流、最大纹波以及高压下的 DCM 比例。电感量应按峰值电流下的值规定，而不是零偏置下的值。
- 4按保持时间和 2·f_line 纹波确定输出电容，取较大值，并确认计算出的纹波电流有效值在电容额定值以内。
- 5用低压下的有效值和平均电流选择开关管、升压二极管和整流桥，并估算导通损耗。
公式
- 输入电流
- I_in,rms = P_out / (η·V_ac), I_pk = √2·I_in,rms
- 升压电感
- L = V_pk,min·(1 − V_pk,min/V_out) / (f_s·r·I_pk,min)
- 工频周期内的纹波
- ΔI_L(θ) = v_in·(1 − v_in/V_out) / (f_s·L), v_in = V_pk·sin θ; v_in = V_out/2 时最大 V_out/(4·f_s·L)
- 输出电容
- C_hold = 2·P_out·t_hold / (V_out² − V_min²), C_ripple = P_out / (2π·f_line·ΔV_pp·V_out)
- 低压电流应力
- M = 8√2·V_ac / (3π·V_out): I_sw,rms = I_in,rms·√(1 − M), I_D,avg = P_out/V_out, I_D,rms = I_in,rms·√M
- 电容纹波、整流桥损耗、储能
- I_C,rms = √(I_D,rms² − I_o²), P_bridge = 2·V_f·(2√2/π)·I_in,rms, E = ½·L·I_peak²
计算示例
按默认值（90–265 V、50 Hz、400 V、1 kW、95 %、65 kHz、纹波 30 %），低压输入电流有效值为 11.70 A，峰值 16.54 A。电感为 269 µH，低压峰值处纹波 4.96 A，电感峰值电流 19.02 A，储能 48.7 mJ。在 265 V 时，最大纹波出现在 v_in ≈ V_out/2 的 32.5° 附近，为 5.72 A p-p，每个半周期约 34 % 处于 DCM。10 ms 内电压不低于 300 V 的保持时间需要 286 µF，而把 100 Hz 纹波限制在 20 V p-p 需要 398 µF，因此由纹波决定。低压时 M = 0.270，开关管 9.99 A rms，二极管平均 2.50 A、有效值 6.08 A，电容 5.54 A rms；二极管压降按 1 V 时整流桥损耗约 21 W。
常见错误
- 按零偏置规定电感量。粉芯在峰值电流下磁导率会大幅下降，满载时实际纹波会远大于设计值。
- 只按保持时间选输出电容而忘记纹波电流额定值，实际上纹波电流常常决定电容的并联数量。
- V_out 离高压峰值太近。265 V 输入的峰值约 375 V，400 V 母线留给浪涌和控制器调节的裕量很小。
- 面向全球销售的产品却按 60 Hz 计算纹波。同样的纹波下，50 Hz 需要约多 20 % 的电容。
常见问题
为什么按低压来确定电感？
最低输入电压、满功率时输入电流最大，同样的纹波比在这里对应最大的峰值电流，CCM 假设也最关键。之后再检查高压下进入 DCM 的程度。
为什么高压时的纹波可能比低压大？
纹波在瞬时输入等于输出电压一半时最大，为 V_out/(4·f_s·L)。90 V 输入的峰值只有 127 V，到不了 200 V；265 V 输入每个半周期两次经过 200 V，所以电流虽小，纹波绝对值却更大。
输出电容由保持时间还是纹波决定？
两者都要满足。保持时间取决于 V_out 允许跌落多少、持续多久；纹波取决于工频频率和允许的峰峰值。50 Hz 电网且纹波要求严格时常由纹波决定，保持时间较长时通常由保持时间决定。
有效值电流公式有多准确？
公式假设输入电流为无高频纹波的正弦波，且整个周期都处于 CCM。低压纹波比约 20–40 % 时误差只有几个百分点，足以用于选型；最终损耗计算最好使用仿真波形。
计算结果为工程估算值，请结合数据手册、仿真和实测验证设计。