PFC电路设计，临界导通模式（CRM）与连续导通模式（CCM）的对比选型

在电力电子系统中，功率因数校正(PFC)电路是提升电网能源利用效率的核心模块，其通过将输入电流波形整形为与电压同相的正弦波，显著降低谐波污染。根据电感电流的导通特性，PFC电路可分为临界导通模式(CRM)、连续导通模式(CCM)及断续导通模式(DCM)，其中CRM与CCM因兼顾效率与功率密度，成为工业界主流选择。本文从工作原理、效率特性、电磁兼容性(EMC)及成本维度展开对比，为不同应用场景下的PFC设计提供选型依据。

工作原理与控制机制差异

CRM(临界导通模式)采用变频控制(Variable Frequency Control)，其核心特征是电感电流在每个开关周期结束时恰好降至零，形成“临界连续”状态。当开关管(如MOSFET)导通时，电感储能;关断时，电感通过二极管向输出电容释放能量，电流线性下降至零后触发下一个周期。这种模式通过零电流检测(ZCD)电路实现开关频率的动态调整，例如在输入电压峰值附近频率降低，在过零点附近频率升高，从而维持输入电流的连续性。

CCM(连续导通模式)则采用定频控制(Fixed Frequency Control)，电感电流始终高于零，形成连续的三角波。其控制策略通常为电压外环+电流内环的双闭环结构：电压环调节输出电压，电流环通过比较参考电流与实际电流生成PWM信号，驱动开关管。例如，在Boost PFC中，当输入电压低于输出电压时，电感持续储能，开关管以固定频率切换，电流波形平滑且相位紧随电压。

开关损耗与导通损耗的权衡

CRM的效率优势体现在轻载场景。由于开关频率随输入电压和负载动态变化，在低功率时频率显著降低(如从100kHz降至20kHz)，从而减少开关损耗(Switching Loss)。以65W适配器为例，CRM方案在10%负载下开关损耗占比仅5%，而CCM因固定频率运行，开关损耗恒定，相同条件下占比达15%。此外，CRM的软开关特性(ZCS)进一步降低了MOSFET的关断损耗，尤其在高频应用中效率提升明显。

CCM在重载时效率更优。其电感电流连续，导通损耗(Conduction Loss)通过优化电感设计(如采用低损耗铁氧体磁芯)和开关管选型(如超结MOSFET)得以控制。例如，在3kW通信电源中，CCM方案在满载时导通损耗占比仅8%，而CRM因高频运行导致磁芯损耗增加，相同条件下导通损耗占比达12%。此外，CCM的定频控制简化了热设计，避免了CRM因频率波动引发的局部过热问题。

电磁兼容性(EMC)与滤波设计

CRM的EMC设计更具挑战性。其开关频率在输入电压过零点附近急剧升高(可达数百kHz)，导致差模噪声频谱扩展至MHz范围，需增加X/Y电容和共模电感数量以满足CISPR 32标准。例如，在150W LED驱动电源中，CRM方案需额外添加3级EMI滤波器，体积增加20%;而CCM因定频运行，噪声集中在开关频率及其谐波处，通过单级滤波即可达标，成本降低15%。

CCM的输入电流纹波更低。连续的电感电流使输入电流THD(总谐波失真)通常<3%，远优于CRM的5%-8%。这一特性在医疗设备(如MRI电源)等对谐波敏感的场景中至关重要。安森美推出的NCP1654控制器通过优化电流环响应速度，使CCM-PFC的THD在全负载范围内<2%，满足IEC 61000-3-2 Class D标准。

成本与复杂度分析

CRM的硬件成本较低。其无需复杂的电流传感器(仅需ZCD检测)，且开关管耐压要求通常低于输出电压(如Boost PFC中开关管耐压为输出电压的1.2倍)，可采用低压器件降低成本。例如，在200W工业电源中，CRM方案使用600V MOSFET，而CCM需800V器件，成本增加10%。此外，CRM的磁元件体积较小(因电感电流峰值较高，但平均值较低)，进一步节省材料成本。

CCM的软件与控制复杂度更高。双闭环控制需精确的电流采样与补偿网络设计，例如TI的UCC28180控制器需配置Type II补偿器以稳定电流环，而CRM的单环控制(仅电压环)调试周期缩短30%。然而，随着数字控制技术的普及(如STM32G4系列MCU集成PFC专用硬件加速器)，CCM的控制复杂度问题逐步缓解，其成本优势在规模化生产中愈发显著。

典型应用场景与选型建议

消费电子适配器(<300W)

优先选择CRM方案。其轻载效率高(满足DoE Level VI能效标准)、成本低，且适配器体积受限，CRM的小型化优势突出。例如，戴尔XA3适配器采用英飞凌CoolMOS™ C7系列器件，在65W功率等级下实现94%的峰值效率，功率密度达25W/in³。

数据中心服务器电源(500W-3kW)

CCM是主流选择。其重载效率、低THD及定频特性契合数据中心对可靠性与电磁兼容性的严苛要求。华为NetEngine系列电源采用Infineon HybridPACK™ Drive模块，结合CCM拓扑，在1.2kW功率下效率达98%，THD<1.5%。

新能源充电桩(>3kW)

图腾柱无桥PFC(结合CCM控制)成为趋势。其通过消除输入整流桥减少导通损耗，效率较传统Boost PFC提升2%-3%。例如，ABB Terra 360充电桩采用图腾柱CCM-PFC，在360kW功率下电网侧功率因数>0.99，谐波<3%。

未来趋势：混合模式与数字化融合

为兼顾CRM与CCM的优势，行业正探索混合控制策略。例如，安森美NCP1632控制器在轻载时切换至CRM以降低损耗，重载时自动转为CCM以抑制噪声;而ADI的LT4275则通过动态调整电感值实现模式平滑过渡。此外，数字控制技术(如GaN器件与DSP结合)使PFC电路能够实时优化开关频率与电流波形，推动效率与功率密度迈向新高度。

PFC电路的CRM与CCM模式选型需综合考量功率等级、效率需求、成本约束及EMC标准。随着第三代半导体与智能控制技术的发展，两者边界逐渐模糊，未来设计将更聚焦于系统级优化，以实现绿色能源的高效转换与利用。