什么是开关电源中的PFC模块和LLC模块

原创于 2025-11-21 09:54:16 发布 · 1.1k 阅读

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PFC 模块

PFC 的全称是功率因数校正。

它的核心目的：

提高电能的利用效率，减少对电网的污染。

满足法规要求（如IEC 61000-3-2等电磁兼容标准）。

它要解决的问题：

普通的桥式整流电容滤波电路，会使交流电（AC）的输入电流变成一个只在电压峰值附近才出现的窄脉冲。这导致了两个问题：

功率因数低：

电流和电压波形不同步，存在很大的相位差。虽然实际消耗的有功功率不大，但电网需要提供更大的视在功率，造成了资源浪费。

电流谐波大：

这种脉冲状的电流含有大量谐波，会干扰同一电网上的其他设备，造成“电网污染”。

PFC模块的工作原理：

PFC电路（通常是Boost升压拓扑）被放置在整流桥和主电容之间。它通过一个控制芯片，实时监测输入电压和电流的波形，并快速地开关MOSFET，迫使输入电流的波形跟踪输入电压的波形，使其也变成平滑的正弦波。

PFC模块的主要作用：

将输入电流波形校正为与电压同相的正弦波，将功率因数提升到0.95以上，甚至接近1。

提供一个稳定、可调的直流母线电压（例如，将85-265V的宽范围交流输入，稳定在400V的直流电压），为后级的LLC模块提供一个理想的工作平台。

简单比喻：PFC模块就像一个“交通警察”，它整顿了从电网（马路）上过来的电流（车流），让车流变得井然有序、顺畅，避免了拥堵和混乱，从而提高了道路（电网）的运输效率。

2. LLC 模块

LLC 指的是一种谐振转换器拓扑，它由两个电感（L）和一个电容（C）构成其核心谐振网络。

它的核心目的：

实现高效的直流电压转换和隔离。

特别适用于需要高效率和高功率密度的场合。

它要解决的问题：

传统的硬开关电源（如反激、正激）在开关管开通或关断的瞬间，电压和电流会同时很高，产生很大的开关损耗（Heat），限制了效率和开关频率的提升。

LLC模块的工作原理：

LLC利用了L和C的谐振特性，让开关管在零电压的条件下开通（ZVS），在零电流的条件下关断（ZCS）。这种“软开关”技术极大地降低了开关损耗。

LLC：名字来源于它的三个谐振元件：

Lm：变压器的励磁电感。

Lr：串联谐振电感。

Cr：串联谐振电容。

通过改变开关频率，可以调节其输出的电压。频率越接近谐振频率，增益越高，输出电压也越高。

LLC模块的主要作用：

高效地进行DC-DC转换：将PFC级输出的高直流电压（如400V）高效地转换为负载所需的稳定低电压（如12V、5V、3.3V）。

提供电气隔离：通过高频变压器，将输入侧和输出侧完全隔离开，保障用户安全。

实现高功率密度：由于开关频率可以做得更高，使用的磁性元件（变压器、电感）可以更小。

简单比喻：LLC模块就像一个“高级变速箱”，它接收来自PFC“交通警察”整顿好的稳定高压直流，然后用一种极其平滑、几乎没有摩擦（损耗）的方式，将其“降档”成设备需要的各种低压直流电。它的工作方式非常“丝滑”。
总结与关联

在一个典型的开关电源系统中（例如电脑服务器电源、大功率充电器、电视电源等），PFC模块和LLC模块的协作流程如下：

交流输入 → 整流桥 → PFC模块 → 稳定的高压直流（400V）→ LLC模块 → 隔离的稳定低压直流 → 负载

因此，PFC和LLC是现代高效电源设计的“黄金搭档”。PFC负责“对外”处理好与电网的关系，确保合规和高效取电；LLC负责“对内”进行核心的能量转换，以最小的损耗为设备提供精准的电力。两者结合，共同实现了电源的高效率、高功率密度和高可靠性。