单相功率因数校正（PFC）电路——一种前端AC/DC转换器——广泛应用于各种消费电子设备，例如笔记本电脑适配器、LED驱动电源和便携式充电器。它们能够提升电源电流质量，从而高效地提供稳定的直流电压。

然而，传统升压PFC转换器中的电流传感器会带来一些问题，例如易受噪声干扰、信号延迟、硬件复杂度增加以及传感器故障等，这些问题都会降低系统的可靠性和使用寿命。

图片来源： 忠南大学

据外媒报道，由忠南大学（Chonnam National University）电气工程系教授Sung-Jun Park领导的韩国和中国研究团队取得了一项卓越的成就，他们成功演示了一种无需电流传感器的新型控制方法。

该无传感器策略通过消除电流传感器，降低了这些风险，提高了抗噪声能力，并减少了硬件故障点，从而提高了电源适配器和消费电子产品的可靠性，并有可能延长其使用寿命。

相关研究成果发表在期刊《IEEE Transactions on Consumer Electronics》上。

该研究团队提出了一种简单可靠的单电压环路无电流传感器PFC控制策略。他们利用电感电压的基本方程推导出了占空比的表达式，该表达式包含前馈分量和控制分量。值得注意的是，延迟补偿有助于减轻所提出的控制策略中相位延迟对输入电流畸变的影响。

“通过这种方式，我们专门识别并解决了数字控制系统中的一个常见问题：信号处理引起的相位延迟。这种延迟会使输入电流畸变。我们内置的补偿技术有效地抵消了这种畸变，这是我们方法具有高功率质量的关键原因，”Park教授说道。

优势及实际应用

这项新技术摒弃了复杂的观测器和数学模型，直接转化为更低的元件成本、更简化的电路结构和更小的物理尺寸。这种简化还减少了易损或需要重新校准的元件，从而降低了维护需求，与目前基于传感器的解决方案相比，提高了长期运行效率。

此外，该方法对电路参数的变化不敏感，因此可靠且适用于大规模生产。由于它依赖于标准数字信号处理器，并且无需额外的电流传感器硬件，制造商可以快速便捷地将这种控制策略集成到现有的电源生产线中，而无需进行大规模的重新设计或增加元件库存。

这项技术专为各种电子设备中使用的交流/直流电源而设计，能够在更小巧、更可靠的外形尺寸内实现更高的功率输出。研究人员在一个1.3 kW的原型机上验证了其性能，该功率水平与消费电子产品和工业电子产品密切相关。

该原型机实现了接近1的功率因数（高达0.9998）和极低的总谐波失真（THD）（满载时为2.12%），其性能与传统的基于传感器的方法相当甚至更优。此外，通过省去电流传感器并减少元件数量，该设计实现了更小的物理尺寸和更简单的电路，从而能够制造出更紧凑、更高效、更经济的电源适配器。

最先受益于这项技术的关键产品包括笔记本电脑适配器、智能手机快速充电器、LED电视和显示器电源、服务器电源以及工业和消费级电动工具，因为这些产品应用广泛且功率需求适中。

未来五到十年内，这项技术的广泛应用有望带来更小巧、更轻便的日常电子产品，减少电子垃圾，降低成本，并构建更稳定、更高效的电网，从而支持加速电气化进程。

Park教授解释说：“通过简化电源电路并减少元件数量，从笔记本电脑到厨房电器等各种设备的充电器和电源适配器都可以变得更加小巧便携。随着数百万电子设备从墙壁插座汲取更纯净、更稳定的正弦电流（具有高功率因数和低总谐波失真），电网压力得以减轻。最后，更便宜、更可靠的电源意味着消费者可以降低前期成本，从而促进电动汽车和可再生能源系统的发展。”

总而言之，这项研究有助于构建一个未来：电子设备内部的电源不仅更便宜、更小巧，而且还能共同构建一个更高效、更可持续的能源生态系统。