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功率因数校正(PFC)的几个小知识

1、什么是功率因数校正(PFC)?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。

基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。

开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。

这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。

一般状况下, 电子设备没有功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)时其PF值约只有0.5。

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。

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）。

PFC打个形象的比方：一个啤酒杯的容积是一定的，就好比是视在功率，可是你倒啤酒的时候很猛，就多了不少的泡沫，这就是无功功率，杯底的啤酒其实很少，这些就是有功功率。

这时候酒杯的利用率就很低，相当于电源的功率因数就很小。

PFC的加入就是要减少输入侧的无功功率，提高电网的利用率，对于普通的工业用电来讲是把电流的相位与电压的相位调整到一块了，对于开关电源来讲是把严重畸变了的交流侧输入电流变成正弦，另外还有降低低次谐波的功能，因为输入的电流是正弦了。

2、为什么我们需要PFC?功率因素校正的好处包含:1. 节省电费2. 增加电力系统容量3. 稳定电流低功率因数即代表低的电力效能，越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损，若较低的功率因数没有被校正提升，电力公司除了有效功率外，还要提供与工作非相关的虚功，这导致需要更大的发电机、转换机、输送工具、缆线及额外的配送系统等事实上可被省略的设施，以弥补损耗的不足。

PFC开关电源功率因数校正原理

ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理一、什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数的定义为有功功率与视在功率的比值．功率因素补偿:这项技术主要是针对因具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相(图1)而引起的供电效率低下,提出的改进方法(由于感性负载的电流滞后所加电压,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性质相反的电抗元件.用以调整该用电器具的电压、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).用电容器并联在感性负载的两端,利用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,使总的特性接近于阻性,从而改善效率低下的方法叫做功率因数补偿(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常规开关电源功率因数低是由于开关电源都是在整流后,用一个大容量的滤波电容使输出电压平滑,因此负载特性呈现容性.这就造成了交流220V在整流后,由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压上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.图2 全波整流电压和AC输入电流波形因为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(180o),整流二极管的导通角大大小于180o,甚至只有30o～70o.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)。

PFC功率因数校正与FOC磁场导向控制(矢量控制)在PMSM永磁同步电机系统上的设计与应用方案

PFC功率因数校正与FOC磁场导向控制（矢量控制）在PMSM永磁同步电机系统上的设计与应用方案一、PFC与FOC的应用：大多数电机控制系统通常将PFC作为系统的第一级。

由于逆变器中开关器件的存在，若没有PFC 输入级，那么所产生的电流中将会含有显著的谐波分量。

此外，由于电机负载的高度感性，输入电流将会给输入系统引入大量无功功率，从而降低整个系统的效率。

PFC 级作为电机控制应用中的一个前端转换器，能够较好地调节输出电压以及降低输入电流中的谐波含量。

本应用场合选用PMSM电机。

电能质量的提高通过进行功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）来实现，而电机的高效控制可以通过使用无传感器磁场定向控制（Filed Oriented Control，FOC）技术来实现。

家电业通常要求这些算法能够得以低成本的方式加以实现。

这可通过将PFC 和无传感器FOC 算法集成在单片数字信号控制器（Digital Signal Controller，DSC）上来实现。

本PFC 和无传感器FOC 集成系统中，采用了带下列外设的处理器：·脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulator，PWM）；·模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）；·正交编码器接口（Quadrature Encoder Interface， QEI）。

处理器上的这些外设最好具有以下特性：·多源触发ADC；·输入转换速率最快为1Msp；·同步采样多个模拟通道技术；·故障检测与处理能力；图1 显示了一个PFC 和无传感器FOC 集成系统的结构图。

在这类应用中，按照平均电流模式控制的标准升压转换器拓扑是实现数字化PFC的首选方法。

双分流无传感器FOC 法是一种驱动PMSM 电机的转速控制方法。

它克服了那些无法配置位置和速度传感器的应用中存在的限制条件。

功率因数校正电路解读

西南交通大学
L
D
S1
C
当电感电流超过指令，积分器反向积分，输出电压变小，脉宽变窄；相反，脉宽变宽在一个控制周期中开关动作时刻取决于误差信号的积分结果，所以，称为平均值控制
Vs
Vo
R K
C
PI c vref comp
西南交通大学
CCM控制----2) 平均值电流控制仿真
西南交通大学
PWM Phase shift
并联
VPEC
Boost
Dither
西南交通大学
两级级联
西南交通大学
单级1
西南交通大学
第2节升压型 Boost PFC电路
V, I
V I
2Vin sin t 2 I in sin tຫໍສະໝຸດ PiniD , vo
P in Vin I in (1 cos2t )
西南交通大学
CCM控制----1) 峰值电流控制
电网电压被当作电流参考指令。电感电流与电流指令比较。当电感电 Vs 流峰值小于指令值，开关闭合，电感电流增大；当电感电流峰值大于指令值，开关断开，电感 C 电流减小。电感电流的峰值包络线是正弦
L
D
S1
C
Vo
R comp C K
vref
西南交通大学
当输出电压变化时，等效参考电流指令的大小发生变化，开关时刻也相应变化。当输出电压↓→误差电压↑→电流指令变大→电感电流增大→ 输出电压↑ 由于电流跟踪方式不能实现恒频PWM，这会产生连续谐波谱，不利于滤波。需要增加一个定频控制环节。即将比较器的输出与一个锯齿波相比较，再去控制开关的导通与关断
在每个斩波周期电感电流平均值为

开关电源的功率因素校正方法

开关电源的功率因素校正方法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（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（自从用电器具从过去的感性负载（早期的电视机、收音机等的电源均采用电源变压器的感性器件）变成带整流及滤波电容器的容性负载后，其功率因素补偿的含义不仅是供电的电压和电流不同相位的问题，更为严重的是要解决因供电电流呈强脉冲状态而引起的电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）问题。

功率因数校正（PFC）控制IC

功率因数校正（PFC）控制IC
佚名
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】IRS2500S采用S0—8封装，还具备以下功能：小于50μA的微功率启动电流、2．5mA静态电流：＋800mA／-600mA的驱动性能，以及静态与动态过压保护和过流保护。

【总页数】1页(P67-67)
【正文语种】中文
【中图分类】TN86
【相关文献】
1.具有精确交流功率计量的数字功率因数校正控制IC-ADP1047 [J], 李龙文
2.采用8引脚SO-8封装的功率因数校正和镇流器控制IC [J],
3.IRS2500S：μPFC功率因数校正控制IC [J],
4.IR为节能照明应用推出功率因数校正和镇流器控制IC [J],
5.AOS推出功率因数校正（PFC）功率因数校正ICAOZ7111 [J],
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LG等离子V7屏电源功率因数校正_PFC_电路工作原理与维修_上_

ＢＴ１３７Ｓ－５００Ｅ
ＩＴ（ＲＭＳ）＝８Ａ、ＩＴＳＭ＝６５Ａ、ＩＧＭ＝２Ａ、ＩＤ＝０．１ｍＡ、ＩＧＴＩ＝２．５ｍＡ、ＩＧＴⅡ＝４ｍＡ、ＩＧＴⅢ＝５ｍＡ、ＩＧＴⅣ＝１１ｍＡ、ＩＨ＝２．５ｍＡ；ＵＤＲＭ＝５００Ｖ、ＵＧＭ＝５Ｖ、ＵＴ＝１．３Ｖ、ＵＧＴ＝０．７Ｖ、ＰＧ（ＡＶ）＝０．５Ｗ、ＰＧＭ＝５Ｗ
封装
近似代换（说明）
ＳＯＴ２２３
（３）当Ｚ１５１輦輮訛脚瞬间输出高电平时，该电平经Ｒ１７６加到Ｑ１５４（２ＳＡ２０７３）和Ｑ１５５（２ＳＣ５８２６）的ｂ极，Ｑ１５４截止、Ｑ１５５导通；Ｑ１８２输出的供电电压经Ｒ１５１、Ｑ１５５的ｃ－ｅ极、Ｒ１７２、Ｒ１７３后，分别加到Ｑ１５１、Ｑ１５２的栅极，使Ｑ１５１、Ｑ１５２导通；１００Ｈｚ的脉动直流电经Ｌ１５１的⑤～輥輯訛绕组、Ｑ１５１与Ｑ１５２的漏极和源极、Ｒ１６４回到整流桥堆ＲＣｌ０１的负电压端，电感Ｌ１５１流过的电流从零按斜率上升，Ｌ１５１储能。
ＢＴ１５１Ｓ－６５０Ｒ
ＩＴ（ＡＶ）＝７．５Ａ、ＩＴ（ＲＭＳ）＝１２Ａ、ＩＴＳＭ＝１００Ａ、ＩＧＭ＝２Ａ、ＩＤ＝０．１ｍＡ、ＩＧＴ＝２ｍＡ、ＩＨ＝７ｍＡ；ＵＤＲＭ＝６５０Ｖ、ＵＧＭ＝５Ｖ、ＵＲＧＭ＝５Ｖ、ＵＴ＝１．４Ｖ、ＵＧＴ＝０．６Ｖ、ＰＧ（ＡＶ）＝０．５Ｗ、ＰＧＭ＝５Ｗ
輥輶訛ＣＯＳＣ
振荡电路外接电容，本机外接电容为Ｃ１６３
輥輷訛ＶＣＣ
集成电路供电输入
輦輮訛ＧＤＲＶ
输出栅极驱动，双三极管ＤＭＯＳ图腾柱输出，能提供峰值电流超过１Ａ的有用驱动
（１）当待机ＣＰＵ板（ＰＫＧ４）内的ＩＣ８０１（ＣＰＵ）发出继电器ＲＬｌ０２吸合命令后，ＰＫＧ４的輦輵訛脚（ＲＬ２）变为低电平，使继电器ＲＬｌ０２形成电流通路，ＲＬｌ０２吸合，ＡＣ２

无源功率因数校正

1 引言使逆变电源适应不同的应用场合和性能要求，可采用不同的控制策略，有效消除或降低输出谐波是其最基本要求，如使用不同的pwm生成方法、特定谐波消除技术、波形重构技术等。

而当负载为非线性时，例如容性、感性负载或带电容和电感的整流器负载，负载会产生谐波和无功电流，导致功率因数较低，增加电能损耗，降低效率，并带来一定干扰。

为解决这些问题，在非线性负载时，要降低谐波，提高功率因数，应用功率因数校正技术是比较理想的方法。

功率因数校正(pfc)技术主要分为两类:无源功率因数校正和有源功率因数校正。

无源功率因数校正通常在交流输出端采用lc滤波器法和并联电容器法;有源功率因数校正通常是在整流器和逆变器之间接入ac-dc开关变换器，如采用专用控制芯片ml4812,uc3854等。

本文在分析前两种功率因数校正方法及其原理基础上，提出了在逆变器负载端并联功率因数校正整流器，实现提高功率因数的原理和方法。

2 无源功率因数校正无源功率因数校正是在电路中接入lc滤波器，或在交流侧接入谐振滤波器;当负载为感性时，可在负载端并联电容器的方法提高功率因数。

无源功率因数校正主要优点是:简单、成本低、可靠、emi小，缺点是:尺寸与重量大、难以得到高功率因数、工作性能与频率、负载及输入电压有关[1]。

对于逆变电源，一般情况下，负载特性(阻抗，功率等)不可预知，要达到很高的功率因数，采用无源功率因数校正存在较大的困难。

当负载为感性时，除了接入无源滤波器外，根据负载工作情况，在负载端并联不同容量的电容器不失为一种较好的解决方法。

给定条件:感性负载功率为p，功率因数为cosφ1，负载两端电压为u，要把功率因数提高到cosφ2，则所需补偿的并联电容c=p(tgφ1- tgφ2)/(2πfv2)，用电容的无功功率qc来表示其容量时，需并联电容器的无功功率qc=p(tgφ1- tgφ2) [2]。

只要测出当前的功率因数角φ1和负载电压u、电流i的值，即可求得需要补偿的电容大小。

pfc功率因数校正

pfc功率因数校正摘要：1.PFC 功率因数校正的定义与重要性2.PFC 功率因数校正的方法3.PFC 功率因数校正的实际应用4.PFC 功率因数校正的优势与未来发展正文：一、PFC 功率因数校正的定义与重要性PFC（Power Factor Correction）即功率因数校正，是一种用于提高电力系统中功率因数的技术。

功率因数是指有功功率与视在功率之比，是衡量电气设备效率高低的一个重要参数。

在电力系统中，低功率因数会导致线损增加、设备容量浪费以及系统稳定性降低等问题。

因此，对电力系统进行PFC 功率因数校正具有重要的实际意义。

二、PFC 功率因数校正的方法PFC 功率因数校正的方法主要有以下几种：1.采用无功补偿装置：无功补偿装置可以发出或吸收无功电流，从而改变电路的无功电流，进而提高功率因数。

常见的无功补偿装置有电容器、电抗器等。

2.采用有源滤波器：有源滤波器通过控制其输出电压和电流，实现对电路中谐波的补偿。

这可以有效降低谐波对功率因数的影响，提高系统的功率因数。

3.采用静态补偿器：静态补偿器是一种能够动态调节其输出电压和电流的装置，可以在电力系统中实时补偿无功电流，提高功率因数。

三、PFC 功率因数校正的实际应用PFC 功率因数校正技术在实际应用中具有广泛的应用前景。

在工业、民用建筑、电力系统等领域，通过采用PFC 技术，可以有效提高电力系统的功率因数，降低线损，提高设备运行效率，节约能源。

四、PFC 功率因数校正的优势与未来发展PFC 功率因数校正技术具有以下优势：1.提高电力系统效率，降低线损；2.减少设备容量浪费，提高设备利用率；3.改善系统稳定性，提高供电质量；4.降低谐波污染，提高电能质量。

随着电力系统的不断发展，PFC 功率因数校正技术将得到更广泛的应用。

未来的发展趋势包括：1.PFC 技术与智能电网的融合；2.PFC 技术在新能源发电领域的应用；3.PFC 技术在分布式电力系统中的应用。

pfc功率因数校正工作原理

pfc功率因数校正工作原理小伙伴，今天咱们来唠唠这个PFC功率因数校正的工作原理呀。

你知道吗？在我们的用电世界里，功率因数可是个挺重要的小角色呢。

想象一下，电就像一群小蚂蚁在电线里跑来跑去给各种电器送能量。

可是有时候呢，这些小蚂蚁的工作效率可没那么高，这就和功率因数有关啦。

那啥是功率因数呢？简单说呀，功率因数就是实际功率和视在功率的比值。

如果功率因数低，就好比小蚂蚁们虽然忙忙碌碌，但是真正干成的活儿没有那么多。

比如说，咱们家里的电器，有些电器在用电的时候，就会让功率因数变低。

这时候电网就会有点“不开心”啦，因为它得给这个电器提供更多的电流，就像本来一个人能干的活儿，现在得派好几个人去干，多浪费呀。

这时候，PFC功率因数校正就闪亮登场啦。

PFC就像是一个超级小管家，它的任务就是把功率因数提高。

咱先说说有源PFC的工作原理吧。

有源PFC里面有一些很聪明的电路元件呢。

它就像是一个小指挥家，能把电流的波形变得整整齐齐的。

你看啊，正常情况下，电流的波形可能是歪歪扭扭的，就像小朋友乱画的线条。

但是有源PFC会把这个波形纠正过来，让它变得像军人的队列一样整齐。

它是怎么做到的呢？它通过一些复杂又神奇的电路，不停地监测电流和电压的情况。

当发现电流波形不对的时候，就会调整电路里的一些参数，让电流乖乖听话，按照电压的节奏来走。

这样一来，功率因数就提高啦，电网就会觉得轻松很多，就像原本乱糟糟的队伍变得井井有条，工作效率大大提高了呢。

再说说无源PFC吧。

无源PFC相对来说就比较“质朴”啦。

它主要是靠一些电感、电容这些简单的元件来工作的。

电感就像是一个小阻拦员，它会对电流产生一种阻碍的作用，但是这种阻碍是很有意义的哦。

它能让电流的变化变得更有规律。

电容呢，就像是一个小仓库，它可以储存电能，在合适的时候把电能放出来。

无源PFC就是利用电感和电容的这些特性，来对电流进行一定的校正，虽然它没有有源PFC那么精确和高效，但是也能在一定程度上提高功率因数，就像一个小助手，虽然能力有限，但是也能帮上忙。

功率因素校正(PFC)

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。

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）。

主动式PFC电路

任一网络N 在图标关联参考方向下输入网络的瞬时功率P 等于电压与电流瞬时值 i= 2 U*Cos( 31- © )(©为端口电压与电流的相位差P=丁 pdt = ¥ * 0 " T T0 UI [Cos Cos(2 t )]dt主动式PFC 电路稳定的电源除了能供应系统维持正常的动作外并会影响整个系统的特性，当负载具高电容性或电感性，或者电流波形非弦波时，功率因子远低于1,致使部分功率反馈回电力的传输在线，因而会增加传输线的负荷与谐波之干扰.再加上当今能源缺乏须节约能源的趋势下，设计生产高效率的电源减少干扰和能源浪费成为众所追求的目标，为了达到这个目标必须提高电源的功率因子(Power Factor,简称PF). PFC 即功率因子校正 (Power Factor Correction),其作用就是为了提高功率因子.LITEON 生产的电源产品主要为开关电源(Switching Power Supply,简称SPS),本文将针对SPS 的主动式PFC(Active Power Factor Correction,简称 APFC)电路进行探讨..PF 的相关知识1. 正弦电路的功率因子的乘积，即： p=u*i设正弦电压和电流分别为：u= .2 U*Cos 31贝U 有 p=u*I= . 2 U*Cos 31* 2 U* Cos( 3 t-© )=U*I*[Cos © +Cos(2w t- © )] 可见瞬时功率是由恒定分量UICos ©和正弦分量两部分组成，正弦分量的频率是电压频率的两倍•其中感性网络中© >0,容性网络中© <0.此时电压和电流的波形如图•由图可见在每一个周期内有两段时间内 u 和I 的实际方向相反，此时p<0,即网络内部储能组件把储存的电磁能量返回电源的缘故•瞬时功率的实际意义不大，通常用平均功率P(又称有功功率)来反映网络实际吸收的功率•根据定义：=U*I*Cos ©Cos©称为电路的功率因子，©功率因子角(也就是阻抗角),当电流与电压的参考方向相同时，UICos©表示吸收功率.1= I I 2 I2电路的功率因子直接影响发电设备的利用率，如一额定电压U N=1000V,额定电流|N=100A的发电机,在负载功率因子为0.5时只能发出1000*100*0.5=50KW.只有当负载的功率因子为1时，才能发出100KW的功率.另一方面当输送相同的功率时，功率因子低, 则电流就大，流过线路时，损耗也就增大.2. AC-DC电路的输入电流谐波分量和功率因子在AC-DC开关电源的输入端,AC电源经全波整流后,一般接一个大电容,如图,以得到波形比较平直的直流电压.整流器一电容滤波电路是一种非线性组件和储能组件的组合.因此，虽然输入正弦交流电压，但电流波形却严重畸变，呈脉冲状，如图.由此可见，大量应用整流电路，会使电网供给严重畸变的非正弦电流，造成的严重后果是：谐波电流对电网有严重的危害，并且输入端功率因子下降.脉冲状的输入电流，含有大量谐波，一方面使谐波躁音水平提高，同时在AC -DC 整流电流的输入端必需增加滤波器.对上图的电流波形，可用傅里叶级数展开，得到各次谐波分量的百分比,总的谐波电流分量（或称总谐波畸变Total Harmonic Distortion用THD表示.大量的电流谐波分量倒流入电网（称为Harm on ic Emissio n）,造成对电网的谐波”污染” 一方面产生”二次效应”即电流流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压（原来是正弦波）也产生畸变；另一方面，会造成电路故障，使变电设备损坏上面讲到正弦电路的功率因子用Cos©表示.由于整流电路中二极管的非线性，尽管输入电压为正弦，电流却为严重非正弦，因此正弦电路的功率因子计算不再适用于AC-DC变流电路，后续用PF（Power Factor）表示功率因子.定义：PF二有功功率/伏安=P/（U*I）设AC-DC变流的输入电压（有效值U）为正弦，输入电流为非正弦，其有效值为：式中，片、I 2、…I n、…分别为电流的基波分量、二次谐波、…n次谐波的有效值.设基波电流落后V i相位差为©，则有功功率和功率因子可表示为P=U*I 1*Cos©PF=U*l1*Cos© /VI= I1 *Cos © /I式中|l/l=|l/「li l2 ... In ... 为基波电流相对值,称为畸变因子(Distortion Factor), Cos© 称为位移因子(Displacement Factor).定义总谐波畸变THD= l h/l；=. (I；—…―I：—…)/］；贝U PF= Cos© / J THD23. 提高AC-DC电路输入端功率因子和减小电流谐波的主要方法a. 无源滤波器这一方案是电路的整流器和电容之间串联一个滤波电感，或在交流侧接入谐振滤波器.其主要优点是：简单、成本低、可靠性、EMI小.主要缺点是：尺寸和重量大，难以得到高功率因子(一般可提高到0.9左右)，工作性能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容间有大的充放电电流等.b. 有源滤波器(或称主动式功率因子校正器)在整流器和负载之间接入一个DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使电流接近正弦.从而是输入端THD小于5%, 而功率因子可提高到0.99甚至更高.此种方案即主动式PFC(Active Power Factor Correction),简称APFC.它的主要优点是：可得到较高的功率因子；THD小；可在较宽的输入电压范围和宽带带下工作；体积和重量小；输出电压可保持恒定.主要缺点是：电路复杂；MTBF下降；成本高;EMI高；效率会有所下降.二.Boost功率因子校正器(Boost-APFC)的工作原理1. APFC的基本原理.从原理上讲，任何一种DC-DC变换器拓朴都可以用作APFC的主电路.但是，由于Boost 变换器的特殊优点，应用于APFC更为广泛.下面以Boost-APFC为例，说明APFC 电路的基本工作原理.下图为Boost-APFC电路的原理图.主电路有单相桥式整流器和DC-DC Boost变换器组成，虚线框内为控制电路，包括：电压误差放大器VA及基准电压Vr,电流误差放大器CA,乘法器M,脉宽调制器(图中未给出)和驱动器等，负载可以是一个开关电源.PFC工作原理如下：主电路的输出电压Vo和基准电压Vr比较后,输入给电压误差放大器VA,整流电压Vdc检测值和VA的输出电压信号共同加到乘法器M的输入端,乘法器M的输出则作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流i s检测值比较后，经过电流误差放大器CA加到PWM及驱动器,以控制开关Tr的通断,从而使输入电流（即电感电流）i L的波形与整流电压Vdc的波形基本一致，是电流谐波大为减少，提高了输入端功率因子，由于功率因子校正器同时保持输出电压恒定，使下一级开关电源设计更容易•上图中给出输入电压波形Vdc、Vi和经过校正的输入电流i L、％波形,输入电流PWM频率调制,使原来呈脉冲状的波形,调制成接近正弦（含有高频纹波）的波形.在一个开关周期内，具有高频纹波的输入电流，取每个开关周期的平均值，则可得到较为光滑的近似正弦波.2. APFC的控制方法常用的控制AC-DC开关变换器实现APFC的方法基本上有三种,即电流峰值控制电流滞环控制，以及平均电流控制•区别如下表：由于平均电流控制较电流峰值控制，电流滞环控制性能优越，且目前主流PFC控制IC大多使用平均电流控制模式,如UC3845、ML4824等,故在此仅讨论平均电流模式如图,为平均电流控制的Boost-APFC电路的原理图,其主要特点是使用电流误差放大器（或动态补偿器）CA.訥律说沬柠斜的瓯观坷辛曾亦桩卫建踣傑理層其工作原理如下：电流误差放大器的电流基准值由乘法器输出Z供给,Z=XY.乘法器有两组输入,一个为X,是输出电压Vo/H与基准电压Vref之间的误差（经过电压误差放大器VA）信号,另一个输入丫为电压Vdc检测值Vdc/K, Vdc为输入正弦电压Vi的全波整一 d ■V wnnuT ! <>-^1 I流值，因此电流基准为双半波正弦电压.电感电流i L 被直接检测，与基准电压比较后其高频分量的变化通过电流误差放大器，被平均化处理.放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡相比较后,给开关Tr 以PWM 信号并控制Tr 的占空比D(Duty Cycle).于是电流误差被迅速而精确的校正•三.APFC 集成控制电路的工作原理简介为便于研制和生产主动式有源功率因子校正器，现在APFC 的控制电路已经集成化. 有多种APFC 集成控制电路芯片可供选用.这里以Micro Liner 公司生产的ML4824芯片为例,说明APFC 集成控制电路基本组成和应用.ML4824是一颗集成PFC 和PWM 控制的芯片，其PFC 部分具有平均电流模式控制; 恒频控制等特点•1. ML4824的内部结构框图及端子功能说明下图为ML4824的内部结构框图.由图可见，ML4824包括电流放大器IEA ，模拟平方/乘法/除法器(Gain Modulator,以下简称GM),震荡器，功率MOS 管的门极驱动器， 7.5V 基准电压，以及软启动，过流/过压保护等.模拟平方/乘法/除法器GM 如下图:GM 的输入由三部份组成：1) Iac:提供一个正弦电压的相位参考，它与Im 成正比; 2) Irms:输入电压的均方根，其平方值与Im 成反比；CraCULLAiiOK 1.5V闭HI H g 0U1 叩 «&llTITpw wr I―加问msgf 丄3) Veao: PFC输出反馈值与基准电压2.5V经VEA比较放大后的输出,同时外接RC 网络(网络的另一端接GND),用来作电压回路的补偿；Im与lac、Irms和Veao的关系为：2lm=K*lac*(Veao-Vx)/ Vrms式中K为比例常数，从Veao中减去Vx是芯片设计的要求，一般为1.5V. lac与Vrms为电压前馈(Feedforward)的作用,使输入电压变化时输入功率稳定.例如设Veao不变而输入电压增加一倍,lac和Vrms也增加一倍，则Vrms2为四倍，可得Im将减半，结果输入功率不变.Im输出电流信号大小，成为了控制PFC开关on-off时间的重要因素.Im的输出电流经由电流误差放大器IEA所产生的信号和一三角波(由Ramp1之外接电路RC而来) 比较,以控制PFC开关之on-off之时间.ML4824其内部分为两大部分,即前端之功率因子修正(PFC)部分,与后端波宽调变(PWM)之部分,其PFC之动作时机采leading edge,而PWM则为trailing edge.Traili ng edgeML4824由16个端子(Pin),依次(按序号)为:1) .leao: PFC IEA的输入端，同时外接RC网络(网络的另一端接Vref参考电压),用来作电流回路的补偿；2) .lac;V3) .lsense:电流Sense信号的输入,以限制PFC电路的总电流.一般接一Sense电阻, 当电流流过此电阻时,在Rsense上产生一压降.同时给Isense提供一负电压.电流越大则负电压绝对值越大,当低于-1V时即|Isense|>1时,PFC Ilimit将动作,将PFC out讯号拉低，以作PFC Ilimt保护；4) .Vrms;5) .SS:软启动(Soft Start),要求外接一电容Css,当其被充电至8V时,PWM开始动作,其Delay时间可由T=Css*1.25V/50uA估算出来,如当Css=1uF时，T为25mS;6） .Vdc: PWM电压的反馈输入；7） .Ramp1:外接RtCt用以设定PFC电路的开关频率.公式为f=1/[0.51（Rt+961Ct）Ct], ML4824-2的PWM的开关频率为PFC的两倍,而ML4824-1的两不部分频率相等；8） .Ramp2:当其工作在电压模式时，作为PWM输入（即PFC的输出）的前馈.当PFC 电压低时增大PWM的输出占空比（Duty cycle）.工作在电流模式时作为电流Sense输入；9） .DC Ilimit: PWM 电流的Sense, 一般用来检测PWM MOS的电流.当其超过1V时, 会拉低PWM的输出；10）.GND:接地端.所有电压的量测以之为准；11）.PWM out: PWM的驱动输出；12）.PFC out: PFC out的驱动输出;13）.Vcc: IC的供电电压端；14）.Vref:基准电压端,产生7.5V输出；15）.Vfb: PFC输出电压的检测端,接VEA的负端,用来与2.5V基准电压比较得到Veao,另外其在电路还有两种功能,当其大于2.7V时，OVP将动作，将PFC out讯号拉低, 以作PFC过压保护,开机时,当其小于2.5V时，迟滞比较器Vin OK将PWM out讯号拉低以作PWM Soft Star欠压保护（当正常工作后因Vin OK为迟滞比较器,故Vfb即使低于2.5V,其PWM也可正常工作）;16）.Veao.一般说来，当交流电经EMI与桥式整流后，其电压电流尚未经过内部烦杂的电子电路时,其所受之noise干扰最小,故ML4824之GM所取的电压及电流会从此端取得.2. ML4824 PFC逻辑及保护电路部分说明：（见ML4824的内部结构框图）if PFC输出为1 （正常）=> 1234为0; if 1.为0 => S为0 => 56为0,当Vfb过高（高于2.7V 时）,OVP output 为1,即5.为1; if 5.为1 => PFC 为0;当Isense过低（低于-1V 时）, PFC limit output 为1,即6.为1, if 6.为1 => PFC 为0; if PFC 输出为1 （正常）=> 1.2.3.4. 为0; if 2.为0 => R为1,即7•为1 => 8为0;应为9.（水平讯号）与10.（三角波讯号）为比较器+端与-端之输入,if 8.为0 => 10.>9.时动作,此即前所述PFC之leading edge.3. ML4824应用范例LITEON的File Server及Work Station机种中所使用的APFC芯片一般为ML4824 和ML4800两种，ML4800与ML4824功能与原理大致相同.而在ML-4824中选用的都是ML4824-1型，即PFC与PWM部分开关频率相等.下面就以PS-6191-1为例，说明在具体线路中ML4824-1的应用.PS-6191-1线路是一个典型的APFC电路（见附图）.其六组输出共计为190W,输入AC 电压为90~264V,频率为47~63Hz,下面针对此电路来看它的APFC是如何工作的.首先要知道PFC的输出电压，因为Vac最高为264Vac,因PFC电压应大于其峰值为264* 2 =372V,选择380V作为PFC正常输出电压值.Iac和Vrms均在整流器BD050后获取，以减小其noise干扰.Iac通过R200, R201, R202侦测输入电压的相位.Vrms通过R203, R204, R205相加与R206分压去测量输入电压RMS 值.Vfb通过R222, R223, R224相加与R211分压去侦测PFC输出电压的值,与2.5V通过电压误差放大器VEA比较放大后得到Veao.同时考虑到电压回路的补偿,Veao须外接RC网络.Veao, Vrms和lac通过乘法/除法/平方器运算后输出电流Im,此电流值可以快速的反应输入电压和输出电压的变化.Im通过电流误差放大器IEA放大后得到Ieao.同样因为也要考虑到电流回路的补偿，故Ieao也要外接RC网络.Ieao与震荡器产生的锯齿波通过比较器比较得到一占空比随Veao Vrms和Iac变化而变化的方波信号，此方波信号再通过其它一些逻辑线路来控制PFC驱动的占空比，以达到功率因子校正的目的，在设计时可以通过改变ML4824第七脚Ramp1的Rt (R217)和Ct (C111)的值得到不同频率和不同坡度的锯齿波.。

功率因数校正技术的研究

功率因数校正技术的研究功率因数校正(PFC)技术旨在提高电力系统的功率因数，从而减少能源浪费和降低对电网的负载。

功率因数是指交流电电流和电压之间的相位差，是表征电力系统效率和能源利用率的重要参数之一、传统的电力系统中，大多数电子设备都是非线性负载，如电脑、电视和变频空调等，这些负载会导致电力系统中的电流和电压波形失真，从而降低功率因数。

功率因数校正技术主要有两种方法，分别是主动式和被动式的校正方法。

主动式校正方法是通过使用功率电子器件，如开关电容器或开关电感器，来动态调整并校正非线性负载引起的功率因数。

这种方法具有高效、快速响应和广泛适用等特点，但需要电子器件的支持和较高的成本投入。

被动式校正方法是通过在电源输入端串联电感或并联电容来补偿功率因数。

这种方法简单、可靠，并且成本较低，但响应速度较慢，对系统的变化较不敏感。

随着科技的发展和电子器件的进步，越来越多的电力电子器件被应用于功率因数校正技术中。

例如，可调谐电容器和整流器等先进的功率电子器件可以实现高效、精确的功率因数校正，进一步提高电力系统的能效。

1.功率因数校正控制方法研究：根据不同的负载特性和系统需求，设计适应性强、控制精度高的校正控制算法。

常用的控制策略包括单回路控制、双回路控制和基于神经网络的自适应控制等。

2.功率因数校正器件研究：研究新型的功率电子器件，提高校正器的效能和效能。

例如，研发具有更高压力容量和更低损耗的电容器，以提高功率因数校正装置的性能。

3.功率因数校正系统设计研究：设计更高效、更稳定的功率因数校正系统，如电源电路和控制模块等。

同时，结合节能和环保，开发低功耗的功率因数校正技术。

4.功率因数校正标准和法规的制定：制定和完善科学合理的功率因数校正标准和法规，加强对功率因数校正技术的规范化管理，促进技术的推广和应用。

总之，功率因数校正技术的研究将有助于提高电力系统的能效和稳定性，减少能源浪费，降低对电网的负载。

随着科技的不断进步和研究的深入，我们有理由相信功率因数校正技术将在未来得到广泛应用，为电力系统的可持续发展做出贡献。

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）。

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。

几种功率因数校正的新方法

用付立叶变换得到的各个奇次谐波量值与标准比较如图4（b）所示。

这种最大值为5A的电流波形，相应于1000W的输入功率其基波电流为4.3A，三次谐波电流为1A，标准限制值是2.3A。

其它各个奇次谐波电流含量，都低于标准规定要求。

采用升压变换器拓扑结构，利用微控制器可以获得符合标准要求的非正谐波电流，同时能得到稳定的DC输出电压，并提供各种安全保护功能。

采用升压式PFC拓扑结构，在同样的输出功率下，有较小的输出电流，从而可使用较小的输出电容和电感元件。

图5示出的是一种基于标准ST90E30微控制器和UC3843电流型PWM控制器的数字PFC 升压式预调节器电路原理图。

PFC升压变换器的输入电压（即全桥整流100HZ正弦半波脉动电压）经R1和R2组成的电阻分压器取样被ST90E30检测。

变换器DC输出电压通过R3和R4组成的电阻分压器采样，也被微控制器A/D转换器的一个信道检测。

DC输出电压的设定值，被存储在微控制器的存储器中。

变换器的DC输出电压调节环路的作用是保持DC输出电压不随负载变化而波动。

数字PFC升压变换器的电流调节环路以UC3843的比较器、触发器及其脚6输出驱动的功率开关MOSFET（Q）为基础，用作控制电流波形。

电压调整环路给出一个经RC滤波的PWM电压参考VREF，并与Q源极电阻Rsense上的电流感测电压进行比较，以确定在功率MOSFET中的峰值电流限制值IL。

微控制器提供时钟信号，用作使功率MOSFET中的PWM电流同步。

在时钟上升沿上，触发器置位，Q导通，通过升压电感L的电流增加。

当电流达到由VREF给定的限制值IL时，触发器通过比较器复位，Q截止。

为使电流波形与AC电压同步，通过微控制器A/D转换器的一个通道AC电压过零检测，并利用软件作支持，及时调节占空因数，对静态和动态误差进行补偿，以获得如图4（a）所示的电流波形。

对于图5所示的数字PEC升压变换器，当输出DC电压为400V和输出功率为400W时，其AC 输入电流IAC、桥式整流电压Vbridge和DC输出电压Vo与未采用PFC时的波形比较如图6所示。