开关电源-功率因数校正技术
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。
由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
开关电源功率因数校正电路原理
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5、目前PFC开关电源部分,起到开关作用的斩波管(K)有两种工 作方式： （1）连续导通模式(CCM)：
开关管的工作频率一定,而导通的占空比(系数)随被斩波电压的幅度变 化而变化,如图8所示。
图中T1和T2的位置:T1在被斩波电压(半个周期)的低电压区,T2在被斩波 电压的高电压区,T1(时间)＝T2(时间).从图中可以看到,所有的开关周期时 间都相等,这说明在被斩波电压的任何幅度时,斩波管的工作频率不变.从图8 中可以看出,在高电压区和低电压区,每个斩波周期内的占空比不同(T1和T2 的时间相同,而上升脉冲的宽度不同),被斩波电压为零时(无电压),斩波频率 仍然不变,所以称为连续导通模式(CCM),该种模式一般应用在250W～2000W的 设备上。
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图10 等离子三星V2屏PFC开关电源基本框图(CCM)
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图11 海信液晶TLM3277电视开关电源基本框图
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谢谢大家！
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4、斩波器部分:(PFC开关电源)
整流二极管整流以后不加滤波电容器,把未经滤波的脉动正半周电压作为 斩波器的供电电源,由于斩波器一连串做“开关”工作脉动的正电压被“斩” 成图7所示的电流波形,其波形的特点： （1）电流波形是断续的,其包络线和电压波形相同,并且包络线和电压波形 相位同相； （2）由于斩波作用,半波脉动的直流电变成高频(由斩波频率决定,约 100KHz).
功率因数校正的开关电源芯片
功率因数校正的开关电源芯片
功率因数校正的开关电源芯片是一种用于提高开关电源的功率因数的关键器件。
开关电源是一种常见的电源供电方式，但其功率因数通常较低。
功率因数表示电源输出的有用功率占整个输入功率的比例，是衡量电源效率和能量利用率的重要指标。
对于传统的开关电源，其输出的波形呈现非线性负载特性，会导致回路中出现
谐波成分。
谐波会引起电网电流波形失真，对电网产生负载，甚至会干扰其他设备的正常使用。
因此，为了满足电网对电源质量的要求，功率因数校正技术应运而生。
功率因数校正的开关电源芯片通过添加功率因数校正电路，能够实现输入电流
与输入电压的同相性，使功率因数接近1，减小了对电网的污染。
校正电路通常采
用控制电路和滤波电路，并且在不同输入电压和负载条件下能够自动调整校正效果。
此外，功率因数校正的开关电源芯片还具备高效、稳定和可靠等特点。
它能够
提供稳定的输出电压和电流，满足各种设备的功率需求。
同时，该芯片还具备较高的能量转换效率，节约能源的同时减少了热量损耗，提高了设备的寿命和可靠性。
功率因数校正的开关电源芯片在许多应用领域具有广泛的用途，特别是对于需
要稳定和高效电源的设备。
例如，工业自动化设备、数据中心、通信系统等。
此外，功率因数校正还是一种可持续发展的技术，有助于减少能源浪费和环境污染。
总之，功率因数校正的开关电源芯片是一种重要的电源管理器件，能够提高开
关电源的功率因数，减少对电网造成的干扰，并具备高效、稳定和可靠的特点。
它为各行各业提供了一个可靠的电源解决方案，促进了设备的可持续发展和能源的节约利用。
功率因数校正在开关电源中的应用
霓虹灯等 。非线性 元件 的大量 使用 使得 电 路 中产生 各种 高次谐波 ， 高次谐波 在基 波上 叠加 ， 得交 流 电 使
压波 形产生 畸变 。 功 率因数 （ Ｆ 是 指 交流 输 入有 功 功 率 （ ） Ｐ） Ｐ 与
而谐 波 的存 在 ， 不但 降低 了输入 电路 的功率 因数 ， 而 且对 公共 电力系 统产 生污 染 ， 成 电路 故障 。显 然 ， 造 使用有 效 的校 正技 术把谐 波污 染控制 在较 小 的范围
功 率 因数 校正 的 目的 ， 是采用 一定 的控 制方 法 ， 就 使
电源 的输入 电流跟踪 输入 电压 ， 率 因数 接近 为 １ 功 。
２ 功 率 因数 校 正 技 术 原理
２１ 功率 因数 的定义 ．
由于在 电源设 备中 ， 了线 性 元件外 ， 大 量使 除 还
用 各种 非线性 元件 ， 如整 流 电路 、 变 电路 、 逆 日光 灯 、
【 关键 词 】 率 因数 ： 源 功 率 因数 校 正 ： 级 ； 级 功 有 单 两 【 图分 类 号 】 Ｔ ４ ３ 【 献标 识 码 】 中 Ｍ ３ 文 Ａ 【 章编 号 】１７— ５ １ ０ ６－ ２０ ６－ ５ 文 ６ １９ ８ （ ０ ）０ － ０ ２ ０ ２ － －
Ａ ＤＤｌＣ ． ▲ ■ ａ■０ｎ ｎ ｌ ｔ ● ｌ ● ０ｔ Ｄ０ ｅ ｒ ｃ・ Ｏｒ ｅ ｔ Ｗ ｒ 一 ｔ ａ ｏｒ Ｃ ｒ ｃ－ ｉ － ｏｎ ｉ ● ｎ Ｓ ｌ － Ｗ －Ｃ ｔ ｈ －
己是 当务 之 急。
视在 功率 （ ） Ｓ 的比值 。对于 高频 开关 整流 器 这种 交 流用 电负载 ， 由于 它含 有很 多非 线性元 件 ， 得输 入 使 的正 弦交流 电流 发生一 定程度 的畸变 ，也 就 是输 入 的交 流 电流 中 除了含有 基波 （ 一次谐 波 ） ， 含有 外 还 了二次 、 三次等 高次谐 波 。 我们 认 为只有 基波 才作 有 用功， 再考 虑感 性 （ 容性 ）负载 作 的无 用 功 影 响 ， 或
开关电源功率因数校正PFC(非常好).pdf
开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于电压和电流的相位不同使供电线路的负担加重导致供电线路效率下降，这就要求在感性用电器具上并联一个电容器用以调整其该用电器具的电压、电流相位特性，例如：当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器）。
用电容器并连在感性负载，利用其电容上电流超前电压的特性用以补偿电感上电流滞后电压的特性来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示）。
图1在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V在对该用电器具供电时，由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。
虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图2所示。
这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。
在正半个周期内（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，由于要保证负载功率的要求，在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流，使供电电路中的供电电流呈脉冲状态，它不仅降低了供电的效率，更为严重的是它在供电线路容量不足，或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变（图3），并产生多次谐波，从而，干扰了其它用电器具的正常工作（这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题）。
开关电源功率因素校正
开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理（转载）什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于电压和电流的相位不同使供电线路的负担加重导致供电线路效率下降，这就要求在感性用电器具上并联一个电容器用以调整其该用电器具的电压、电流相位特性，例如：当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器）。
用电容器并连在感性负载，利用其电容上电流超前电压的特性用以补偿电感上电流滞后电压的特性来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示）。
1图在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V 在对该用电器具供电时，由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。
虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图2所示。
这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。
在正半个周期内（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，由于要保证负载功率的要求，在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流，使供电电路中的供电电流呈脉冲状态，它不仅降低了供电的效率，更为严重的是它在供电线路容量不足，或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变（图3），并产生多次谐波，从而，干扰了其它用电器具的正常工作（这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题）。
开关电源功率因数补偿及谐波限制方法
开关电源功率因数补偿及谐波限制方法在75w 以上的开关电源中一般采用APFC的方法，功率因数较高，谐波限制也比较理想，但对于75W 以下的小功率开关电源由于成本和体积的限制，如果采用APFC的方法，则需要增加成本和增加体积，对于小功率开关电源来讲是不适宜的，如果能根据用户的实际需求，在有限的成本和体积空间范围内，对电路加一定的辅助元件，实现功率因数及谐波限制的有限补偿，减少电网损耗和污染。
根据实验结果，本文介绍借助于辅助电感串入变压器中间抽头，通过主开关管对输入电流进行调制，拓宽电流导角实现功率因数补偿和谐波电流限制。
2 电路结构及原理在AC-DC转换电路中，如果不加PFC辅助环节，由于储能平滑电容的存在，使输入电流产生尖峰。
如图1所示。
电流的导通角很小，造成功率因数低,谐波高。
在AC-DC电路中加入PFC 辅助环节，可使输入电流波形得到改善，拓宽了导通角（实际测量θ从41.2º增加到108.4º），如图2所示。
图1不带辅助调节的整流波形图2带辅助调节的整流波形PFC辅助环节由与中间抽头电压＞放出能量对电容C充电，由于，而是，又由于Q的开关频率远高于工频，所以经Q对输入电流进行调制，对电容的充电在整流的每周期内不在是一次完成，而是多次充电，减少了一次充电所造成的能量集中，使输入电流峰值降低。
电流的调制波形如图4所示。
图3电路的基本结构3 参数方程的建立根据电容的充放电过程，把图4放大成图5，可以看到电流与开关管Q导通关断的时序波形。
这里限于篇幅仅讨论电感L中电流在连续和断续临界状态，并且是在最大值情况的参数方程，这对于元件的选择能够起到参考的作用。
（一）电容C上的充电电压值根据变压器T磁通平衡原理：（2）；则：-------------（4）----------（8）电容上的最大电压值：图4电流的调制波形图5电路中主要参数的工作波形（二）关键元件参数方程的建立1) 电感L二极管D1和D2的电流和反压由（4）式得电感L二极管D1和D2的电流方程：------（12）当Va>Vd，在主开关管Q导通时,Vd点的电压等于：Vd=------------（14）有效值分别为：----（16）；（18）态态态态态态态态态态态态态态态态态------（20）则输入功率为：-------（21）输出功率为：P0= η--------------（24）Lp---------变压器原边总电感η----------电路的总效率T-----------开关周期------------------------------（25）Lp---------变压器原边总电感η----------变压器效率T-----------开关周期---------------（26）当Va>Vd时,电容有充放电过程, 当开关管Q截止时，充电电流值为：------------------------（28）对方程（28）求偏导得：----------------------（30）由方程（30）得电容放电电流为：--------------（32）（参见图5）4参数方程的分析1) 电容C的电压在参数方程(9)中，电容的电压值受匝数N2及占空比D的控制，当D一定时，N2越小,电容C的电压，选择二极管D1D2要引起注意。
开关电源的有源功率因数校正电路设计
输 入 电流 的谐 波 分 量 ．实现 了功 率 因数 校 正 。
关 键 词 ：开 关 电 源 ；功 率 因数 ；有 源 功 率 因数 校 正 ；ＵＣ３８５４ＢＮ
中图 分 类 号 ：ＴＭ１３１
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７４—６２３６（２０１２）０６—０１８０—０４
Ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍ ｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
含 有 大 量 的谐 波 ，使 输 入 电路 的功 率 因 数 下 降 【１］。 用 电设 备 的输 入 功 率 因 数 低 主要 会 造 成 以下 危 害 ：谐 波
电 流 严 重 污 染 电 网 ．干 扰 其 他 用 电设 备 ；容 易 造 成 线 路 故 障 如 线 路 、配 电 器 件 过 热 ，电 网谐 振 ；增 加 线 路 、变 压 器 和 保 护 器件 的容量 ；中线 流过叠加 的三相 三次谐波 电流 ，使 中线过
波 电路 是 一 种 非线 性 器 件 和 储 能 元 件 的组 合 ，因 此 虽 然 输 入
功 率 因 数 校 正 ＰＦＣ技 术 ，从 其 实 现 方 法 上 来 讲 ，就 是
交 流 电压 是 正 弦 波 ，但 输 入 电 流 波形 却严 重 畸 变 ，呈 脉 冲 状 ， 使 电 网 输 入 电流 波 形 完 全 跟 随 电 网 输 入 电压 波 形 ．使 得 输
开 关 电 源 具 有 效 率 高 、成 本 低 等 特 点 ，因 而 在 现 代 电力 值 低 ，则 表 示 输 入 电流 谐 波 分 量 大 ，将 造 成 输 入 电流 波 形 畸
电子 设 备 中应 用 广 泛 。 但 由 于 开 关 电 源 中 的整 流 器 ，电容 滤 变 ，对 电 网造 成 污 染 。
PFC基础知识及FOC工作原理
PFC基础知识及FOC工作原理1.PFC基础知识功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）是一种用于改善电力系统功率因数的技术。
电力系统的功率因数是指负载消耗的有功功率与电网传输的视在功率之比。
传统的非线性负载（如开关电源）的功率因数通常很低，这会导致能源浪费，造成能源资源的浪费和电力系统的负荷增加。
PFC技术通过改善负载的有功功率与无功功率之比，提高功率因数。
主要有两种类型的PFC：有源PFC（Active Power Factor Correction, APFC）和无源PFC（Passive Power Factor Correction, PPFC）。
有源PFC通过控制输入电压的幅值和相位，实时跟踪负载的需求并主动纠正功率因数。
无源PFC则通过电容滤波器或电感滤波器的组合，调整负载的输入电流波形，从而改善功率因数。
PFC的目标是将输入电流与输入电压保持同步，以便使输入电源的使用效率最大化。
这样可以降低能量的浪费、提高能源的利用率，减少对电力系统的负荷冲击。
磁场定向控制（Field-Oriented Control，FOC）是一种用于控制三相交流电机的技术。
三相交流电机由转子和定子构成，其中定子是由三个互相偏移120度的线圈组成，每个线圈都与一个相位电流相关联。
传统的控制方式是直接控制定子的三相电流，但这种控制方式会导致转子磁场与定子磁场之间的耦合效应，使得电机控制效果不佳。
FOC技术通过将三相交流电机的转子磁场与定子磁场解耦，分别控制转子磁场和定子磁场的方向和大小，从而实现对电机的精确控制。
FOC的基本原理是首先将三相交流电机的三相电流转换为直流电流，然后再将其分解为转子磁场和定子磁场的分量。
控制器通过测量电机的运动状态（如电流、速度、位置等），根据给定的控制策略来计算所需的转子磁场和定子磁场的大小和方向，并通过逆变器将计算得到的转子磁场和定子磁场的电流发送给电机。
开关电源的有源功率因数校正电路设计
家人 网电气 设备 的电 流谐 波值 进行 了限制 ，严 格 限定 设 备 的 功率 因数 必 须 接 近于 １，所 以 ，提 高 开 关 电源 的功 率 因数 已经 成 为 国内 电源 厂商 的 当务 之急 。
由于输入端 有整流元 件和滤 波 电容 ，单相 ＡＣ／ＤＣ开关 电源及大部分整流 电源供电的电子设 备 ，其电网侧功率 因数仅为 ０．６５左右 。采用有源 功率 校 正技 术 后 可提 高 到 ０．９９以上 ，既 治理 了 电 网的谐波污染 ，又提高了开关 电源的整体效率。有 源 功 率 因数 校 正 主 要 是 在 整 流 滤 波 和 ＤＣ／ＤＣ功 率级之 间串人一个有源 ＰＦＣ作为前置级 ，用来提 高功率因数和实现 ＤＣ／ＤＣ级输入的预稳 ，ＰＦＣ电
中图分 类号 ：ＴＮ８６ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：０２１９—２７１３（２００７）１０—００１３—０５
０ 引 言
近 年来 ，由于 开 关 电源效 率 高 ，成 本 低 ，而在 各个领域获得了广泛的应用 。但是采用传统的非 控整流开关 电源 ，由于输入阻抗呈容性 ，网侧输入 电压和 输入 电流 间存 在 较 大相 位差 ，加 上 输入 电 流严重非正弦 ，并呈脉冲状 ，故功率 因数极低（在 ０．６５左右 ），谐波成分很大 ，给 电力系统 带来 了严 重 的谐 波 污 染 。 为此 ，国 际 上 推 行 了 ＩＥＣ５５５２、 ＥＮ６０５５５—２、ＩＥＥＥ—Ｓｔｄ一５１９等标 准对电子生产厂
（１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｐｌａｎ Ｄｅｓｉｇｎ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３ １０００６， Ｃｈｉｎａ）
功率因数校正（PFC）电路工作原理
功率因数校正（PFC）电路工作原理功率因数校正(PFC)电路工作原理作者:佚名文章来源:本站原创点击数: 943 更新时间:2010-2-20 9:15:00 | 【字体:小大】功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC电路的作用不仅是提高线路或系统的功率因数;更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害:导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角ψ，另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角为ψ时，功率因数PF即为cosψ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角ψ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5~0.6)，说明交流(AC)电压设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
PFC方案完全不同于传统的'功率因数补偿'，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路实现AC-DC转换的。
由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
开关电源功率因素校正及其工作原理
1 引言开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主导地位。
但传统的开关电源存在一个致命的弱点，功率因数低，一般为0.45～0.75，而且其无功分量基本上为高次谐波，其中3次谐波幅度约为基波幅度的95%，5次谐波幅度约为基波幅度的70%，7次谐波幅度约为基波幅度的45%，9次谐波幅度约为基波幅度的25%.大量高次谐波电流倒灌回电网，对电网造成严重的污染。
为此，IEC(国际电工委员会)制定了限制高次谐波的国际标准，最新标准为IEC1000-3-2D类。
美国、日本、欧洲等发达国家已制定了相应标准，并强制执行，对于不满足谐波标准的开关电源不允许上电网。
我国也制定了相应标准。
因此，随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计需要结合功率因数校正(PFC)功能。
3 功率因数校正的实现方法从不同的角度看，功率因数校正技术有不同分类方法。
从电网供电方式可分为单相PFC电路和三相PFC电路；从采用的校正机理可分为无源功率因数校正(PPFC)和有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，简称APFC)两种。
无源功率因数校正技术出现最早，通常由大容量的电感、电容组成。
它只是针对电源的整体负载特性表现，在开关整流器的交流输入端加入电感量很大的低频电感，以减小滤波电容充电电流尖峰。
由于加入的电感体积大，增加了开关整流器的体积，此方法虽然简单，但效果不很理想，适于应用到重量体积不受限制的小型设备。
有源功率因数校正是用一个转换器串入整流滤波电路与DC/DC转换器之间(基本原理如图1所示)，通过特殊的控制强迫输入电流跟随输入电压，反馈输出电压使之稳定，从而使DC/DC转换器的输入实现预稳。
这种方法的特点是控制复杂，但体积大大减小，设计也易优化，从而进一步提高了性能。
由于这个方案中应用了有源器件，故称为有源功率因数校正。
从原理图来看，APFC基本电路就是一种开关电源，但它与传统开关电源的区别在于：DC/DC变换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都受到实时的检测与监控，其控制的结果是达到全波整流器输入功率因数近似为1。
PFC工作原理和控制方法
PFC工作原理和控制方法功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）是一种电路技术，它的原理是利用电感元件和开关器件构成的开关电源，通过控制开关管的导通时间和断开时间，调节输入电源与负载之间的能量传递方式，使得输入电流与电压之间的相位关系接近于1（即电流和电压的波形相位角接近0度），以提高电源设备的效率和减小对电网的污染。
PFC的目标是解决传统开关电源存在的电能损耗大、功率因数低和对电网的干扰等问题。
传统开关电源是通过整流电路将交流电转换为直流电，然后利用滤波电路去除直流电中的脉动，最后通过开关器件将直流电转换为不同输出电压的电源。
但是，由于整流电路和滤波电路的存在，传统开关电源导致了较低的功率因数。
PFC的核心是利用电感元件和开关器件构成的开关电路，通过改变开关管的导通时间和断开时间来调整系统电压的大小和波形。
在电流和电压的波形相位角相近时，功率因数接近1，电能利用效率高。
具体来说，当输入电压为正弦波形时，系统使用脉宽调制技术（PWM）控制开关管的导通时间和断开时间，实现输出电压的调节。
控制器通过检测输入电流和输出电压的大小，根据预设的控制算法来调整开关管的导通时间和断开时间，进而控制输出电压和功率因数。
PFC的控制方法：1.辅助开关电容法：该方法使用电容和电感元件来实现功率因数校正。
电容和电感元件串联在负载和开关电源之间，形成一个谐振回路，通过谐振回路来改善电路的功率因数。
该方法简单、成本低，并且能够实现良好的功率因数校正效果，但是对于负载变化较大的情况，调节过程比较缓慢。
2.主动式功率因数校正法：该方法通过信号处理器控制器控制开关管的导通和断开时间，实现对输出电压和功率因数的调节。
控制器对输入电流和输出电压进行采样，得到电流和电压的实时数值，然后根据预设的控制算法调整开关管的导通时间和断开时间，使得功率因数接近13.整流器功率因数校正法：该方法在整流电路中加入补偿电路，通过补偿电路提前或滞后改变整流电流的波形，使得输入电流和电压的相位角接近于0度。
gan开关电源原理
gan开关电源原理gan开关电源是一种常用的电源装置，广泛应用于电子设备中。
它通过电力转换的方式，将输入电源转换为输出电源，以满足电子设备的工作需求。
gan开关电源具有高效率、高频率、小体积等特点，因此被广泛应用于电子产品中。
gan开关电源的工作原理主要包括输入过滤、整流滤波、功率因数校正、变压器、gan开关器件、输出滤波等几个主要环节。
下面将逐一介绍这些环节的工作原理。
首先是输入过滤环节。
gan开关电源的输入端一般接受交流电源，为了保证稳定的工作电压，需要对输入电源进行过滤。
输入过滤主要通过电容、电感等元件对输入电压进行滤波处理，降低输入电压中的噪声和纹波。
接下来是整流滤波环节。
gan开关电源一般采用整流器将交流电转换为直流电。
整流器主要由二极管组成，它能够将交流电转换为单向的直流电。
为了进一步提高输出电压的稳定性，还需要对整流后的直流电进行滤波处理，通常通过电容器对直流电进行滤波，使输出电压更加稳定。
功率因数校正是gan开关电源的一个重要环节。
传统的开关电源的功率因数较低，容易产生谐波污染。
为了提高功率因数，减小电网对gan开关电源的影响，通常采用功率因数校正技术。
功率因数校正主要通过控制电流的相位来实现，使电流与电压之间的相位差尽可能接近零，从而达到提高功率因数的目的。
变压器是gan开关电源中的一个重要元件。
它主要用于将输入电压变换为需要的输出电压。
变压器通过绕组的匝数比例来实现电压的变换。
同时，变压器还能够实现电压的隔离，提高安全性。
gan开关器件是gan开关电源中的核心部件。
gan开关器件采用氮化镓材料制成，具有快速开关速度、低开关损耗等特点。
gan开关器件通过控制开关管的导通和截止状态来实现电源输入与输出的控制。
最后是输出滤波环节。
输出滤波主要通过电容器对输出电压进行滤波处理，使输出电压更加稳定。
同时，输出滤波还能够减小输出电压中的纹波和噪声，提高输出电压的质量。
gan开关电源通过输入过滤、整流滤波、功率因数校正、变压器、gan开关器件、输出滤波等环节的协同工作，将输入电源转换为稳定的输出电源。
PFC开关电源功率因素校正(经典)
开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理------郝 铭 /zuixin/145/什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正： 什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正： 功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图 1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于电压和电流的相 位不同使供电线路的负担加重导致供电线路效率下降，这就要求在感性用电器具上并联一个电容器用以调 整其该用电器具的电压、电流相位特性，例如：当时要求所使用的 40W 日光灯必须并联一个 4.75µF 的 电容器）。
用电容器并连在感性负载，利用其电容上电流超前电压的特性用以补偿电感上电流滞后电压的 特性来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（交流电的功率因数可以用电源 电压与负载电流两者相位角的余弦函数值 cosφ 表示）。
图1 在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形,而在上世纪 80 年代起，用电器具大量的采用效率高 的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性， 这就造成了交流 220V 在对该用电器具供电时，由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现 略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据整流二 极管的单向导电性，只有在 AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而 导通，而当 AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
也就是说，在 AC 线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。
虽然 AC 输入电压仍大体保持正弦 波波形，但 AC 输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图 2 所示。
这种严重失真的电流波形含有大量的谐波 成份，引起线路功率因数严重下降。
PFC简介
百科名片PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。
一、功率因数校正计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。
目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。
1. 被动式PFC被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”“电感补偿方法”是使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。
被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。
“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。
与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。
2. 主动式PFC而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。
主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，但成本也相对较高。
此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。
1）PFC主电路原理图图PFC主电路原理图如图所示的无损吸收PFC主电路的原理图。
图中B1为整流桥，L1为PFC升压电感，D1为隔直二极管，S1为开关管，C1，C2，D2，D3和D4，L2组成无损吸收网路，C3为输出滤波电容。
功率因数校正在开关电源中的应用
功率因数校正在开关电源中的应用李银碧（浙江邮电职业技术学院，浙江绍兴 312016）摘要：本文介绍了开关电源功率因数校正的基本原理，分析了功率因数校正的电路实现方法及相关要求。
最后概括了有源功率因数校正技术的发展趋势。
关键词：功率因数；有源功率因数校正；单级；两级The Application Of Power Factor Correction In Switch PowerLI Yin-bi(Zhejiang Technical College of Post and Telecom,Shaoxing Zhejiang 312000,China) Abstract：The theme introduces the basic principles of power factor correction in switch power and the analysises active power factor correction (APFC).At last summarizes the tendency of active power factor correction．Key words: power factor；active power factor correction；single-stage；two-stage1、引言近年来，随着电子技术的发展，计算机等一些通信设备日益普及，被广泛应用于各种不同的领域，其中电网的谐波污染以及输入端功率因数低等问题显得日益突出。
这些设备的内部需要一个将市电转化为直流的电源部分。
在这个转换过程中，由于一些非线性元件的存在，导致输入的交流电压虽然是正弦的，但输入的交流电流却严重畸变，包含大量谐波。
而谐波的存在，不但降低了输入电路的功率因数，而且对公共电力系统产生污染，造成电路故障。
显然，使用有效的校正技术把谐波污染控制在较小的范围己是当务之急。
为了限制电流波形畸变和谐波，使电磁环境更加干净，国内外都制订了限制电流谐波的有关标准，如IEC555-2, IEEC519等。
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▪ 而开关电流在输入电压周期内的有效值为
ISR
1 T1
T1 0
iS2
dt
1 T1
N 1 k 0
TS 0
iS2dt
1 T1
N 1
D
k 0
k TS
I12 sin 2 1t
▪ 令Ts→0，N →∞，上式变成
IS
I12 T1
D T1
0
t
sin 2 1tdt
▪ 三相有源功率因数校正电路 ▪ 结构和控制较复杂，成本也很高，因此目前三 相输入的开关电源通常还采用无源功率因数校 正技术。
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§9.3 单相功率因数校正电路
一、基本原理
▪ 开关电源中常用的单相PFC电路如图9-5所示。这一
电路实际上是由二极管整流电路加升压型斩波电路
8
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▪ 由于谐波电流是非正弦的畸变电流，他对电网的危 害更大： （1）造成电网电压畸变，影响其他设备正常工作。 （2）使变压器，发电机，补偿电容等设备损耗增 加，温升加大，甚至烧毁。 （3）造成中线电流显著增加，导致中线严重发热， 引起火灾。 （4）引起电网谐振，破坏电网稳定性。 （5）造成电网中继电保护装置误动作。
Dt
Ui Uo
sin 1t
24
▪ 开关电流的表达式
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is
I i
sin 1t
0
t kTs , kTs DTs t kTs DTs ,k 1Ts
Ts=T1/N
▪ 开关电流的周期平均值为
iSA DiL 1 DiL
▪ 开关电流的周期有效值为
iSR DiL 1 DiL
sin 1t
c os1t
sin 1dt
UI1 2
c os1
视在功率为
S URIR
UR、IR :电网电压、负载电流有效值
5
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由于电网电压是正弦波，因此 ，U 而2U基R 波电流的波 形也是正弦波，因此 I1 ，2式I1R 可以写成
P UI1 2cos1
S
URIR
功率因数λ为
（2）在输入相同有功功率的条件下，输入电流有效值明 显减小，降低了对线路、开关、连接件等电流容量的要 求。
（3）由于有升压斩波电路，电源允许的输入电压范围扩 大，通常可以达到90-270V，能适应世界各国不同的电 网电压，极大的提高电源装置的可靠性和灵活性。
（4）由于升压斩波电路的稳压作用，整流电路输出电压 是稳定的，使后级DC-DC变换电路的工作点保持稳定， 有利于提高控制精度和效率。
I
2 1
T1
T1 1 D t
0
sin 2 1tdt
I12 T1
T1 0
1
Ui Uo
s
in
1t
sin
2
1tdt
I1
1 Ui
2 3U o
26
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三、单相功率因数校正电路的控制电路
▪ 单相PFC电路中常用控制芯片UC3854 ▪ UC3854是专用控制集成电路，它集成了PFC电路控
sin
nt
n
dt
根据正交定理，有
T1 0
sin
n
sin
m
dt
0 0
n m n m
4
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P 1 T1
T1 0
U
sin
1tI1
sin1t
1
dt
UI1 T1
T1 0
sin
1tsin
1t
c os1
c os1t
sin
1
dt
UI1 T1
T1 0
sin 2
1t
c os1
▪ 不利影响：增加功率因数校正电路会使电源总效率下降
3%-5%。
21
二、主电路参数计算
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▪ 单相功率因数校正电路的输入电压和电流都是正弦 波，因此有
ui U i sin1t ii Ii sin1t
Ui :输入电压的幅值 Ii :输入电流的幅值 ω1:电源电压的角频率
电流 -
跟踪 控制
+
电压
- 电压
控制
+ 给定
▪ 电压控制电路根据升压型斩波电路的输出电压与电 压给定间的误差，调节电感电流的大小，以达到控 制输出电压的目的。电压控制电路的输出信号是平 稳的直流信号，用乘法器将该信号同正弦绝对值信 号相乘，得到幅值跟随电压控制电路输出变化的正 弦绝对值信号，作为电流跟踪环的给定信号。 19
构成。
L VD5
u
VD1 VD3
iL
S VD2 VD4
0
t
u
0
t
u
电流 -
跟踪
+
控制
电压 控制
- 电压 + 给定
0
t
(a)
图（9-5）
(b)
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▪ 由于采用升压型斩波电路，只要输入电压不高于 输出电压，电感L的电流就完全受开关S的通断控 制。S通时，L的电流下降。
▪ 因此控制S的占空比按正弦绝对值规律变化，且与 输入电压同相，就可以控制L的电流波形为正弦绝 对值，从而使电流的波形为正弦波，且与输入电 压同相，输入功率因数为1。
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▪ 在电网中电压为正弦而电流为非正弦的的情况下， 负载吸收的有功功率为
P 1 T1
T1 utitdt 1
0
T1
T1 0
U
sin
1t
n1
I
n
sinnt
n
dt
1 T1
T1 0
n1
U
sin
1tI
n
sinnt
n
dt
1 T1
n1
T1 0
U
sin 1tIn
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1 DUo
jLIL
Ui
IL
Ui : 输入电压相量；IL :电感电流相量
电感两端的电压jLIL超前于电感电流90，只要选
择合适的占空比规律Dt, 使得1 DUo Ui jLIL按
正弦规律变化，且相位比Ui超前90，就可以实现电感
电流对输入电压的跟踪。即通过控制Dt ，使电感两端
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▪ 升压型有源PFC电路的状态等效电路如图9-6。
Ui sin 1t
0
IL
1 DUo
1 DUo
jLIL
Ui
IL
图（9-6）
▪ 升压型电路的输入电压是正弦电压整流后得到的直 流脉冲波形，是以[0,π]为周期重复的，因此电路中 输入电压的表达式定义在[0,π]区间上。将电路中的 电压和电流用相量表示，可以得到如图所示的相量 图。
流，如三相感性整流负载的电流为图9-1中i的波形。
u，i u
i
0
t
图（9-1）
▪ 这些波形是非正弦的，但仍然是与电网电压同频率的 周期信号，即满足
it it T1
T1 :电网电压的周期
▪ 将i(t)分解为傅里叶级数，即
it In sinnt n n1
i1t I1 sin1t 1 :基波成分 3
制所需的电压控制、平均电流跟踪控制、乘法器、 驱动、保护、和基准源等全部电路，使用方便。其 主要特点和技术参数为： ▪ 电源电压：18～35V ▪ 工作频率：10～200kHz ▪ 基准源电压：7.5V ▪ 驱动电流：0.5A（平均值），1.5A（峰值）
I R
I
2 nR
I
2 1R
I
2 2R
I
2 3R
n1
▪ 因为I1R<IR，故无论电流波形是否为正弦，总是有ξ≤1。
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▪ 功率因数不为1的负载会给电网带来电能质量问题， 这类负载对电网的“污染”可以分为谐波电流和基 波无功两部分，它们共同的危害是： （1）从电网吸去无功电流，导致电网中流动的功 率增加，加大了电网的损耗。 （2）增加了发电和输变电设备的负担，降低了电 网的实际可以传递的有功功率的大小。
u U sin 1t
i I sin1t
U :电压的幅值
I :电流
幅值
1:电网电压的角频率 :电压和电流信号间的相位角
2
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▪ 通常，电网电压是由电网中的电源—发电机决定的，
而电网中的电流则是由连接于电网的负载决定。某些
非线性或具有时变性的负载会从电网中吸取非正弦电
成分，因此该电路的功率因数很低，通常仅能达到
0.5-0.7，总谐波含量可达到100%-150%以上，对
电网造成严重的污染。
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▪ 原因：二极管整流电路不具有对输入电流的可控 性，当电源电压高于电容电压时，二极管导通， 电源电压低于电容电压时，二极管不导通，输入 电流为零，这样就形成了电源电压峰值附近的电 流脉冲。
iL Ii sin1t
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▪ 根据电路的状态空间平均模型，有
L diL dt
ui
DtU o
D′=1-D,D为占空比
▪ PFC电路中D和D′都是时变量，因此用D(t)和D′(t)表 示
Dt
Ui Uo
sin 1t
K
c os1t