单级功率因数校正电路的发展
单相电源功率因数校正驱动电路的分析与改进
功率因数校正技术(PF C)是功率电子学所研究的重要技术之一,它是开关电源节约能源的重要手段[1].通常所采用的拓扑结构是升压电路模式,它可以达到较好地提高功率因数的目的[2].但是这种电路在可靠性方面有一个突出的问题,即在电源电压升高时,会使电网中流动的电流大大增加,烧毁设备[3].电力设备的可靠性是一项非常重要的指标.电力设备的故障会造成极大的经济损失,因此对可靠性的研究具有重大的现实意义.1L6561工作原理L6561是目前较为流行的小功率(600W 以下)有源功率因数校正电路的控制芯片,它有八个引脚,具体功能为[4]:1脚:INV,误差放大器反相输入,2脚:COMP,误差放大器输出,3脚:MULT ,乘法器输入,4脚:CS ,电流采样输入,5脚:ZCD ,零电流检测,6脚:GND,地,7脚:VO,输出端,驱动MOS 管,8脚:VCC,电源端.L6561的启动电流为50uA,当8脚(VCC)电压超过12V 时,电路开始工作,当8脚电压低于9.5V 时,电路将会关闭.L6561内部参考电压精度为1%,7脚的驱动能力为士400nzA.乘法器(3脚)输入电压的线性范围是0至3.5V.电流采样端(4脚)的采样信号幅度为.至1.7V ,当电压超过1.7V 时,L6561会判定电路过电流,关闭输出脉冲.误差放大器的同相输入端在内部连接到2.5V 的参考电压,因此当反相端(1脚)的电压大于2.5V 时,2脚的电压会降低,使允许流过采样电阻的电流减小,PFC 的输出电压降低,从而使1脚电压下降.因此这是一个闭环的负反馈控制.零电流检测(ZCD )引脚的闽值电压为2.1V/1.6V 滞回电压为0.5V.即当ZCD C 引脚信号上升沿经过2.1V 时,零电流检测比较器输出低电平;当ZCD 引脚信号下降沿经过1.6V 时,零电流检测比较器输出高电平.2功率MOS 管的驱动信号中断是产生问题的根源一般来说,正常的电路,高频开关是连续的,然而某些电路有可能由于各种原因而停振,并在间隔了一段时间后又重新振荡工作,即产生间歇振荡当间歇振荡的频率接近M 滤波器的截止频率时,M 滤波电路非但起不到抑制噪声的作用,反会产生振荡,对噪声起到了放大的作用因此,间歇振荡的频率是很关键的一个参数.P FC 控制芯片L6561内部的重启动定时器的定时范围为70us 到400us,典型值为150us,所对应的间歇振荡频率为14.3kHz 到2.SkHz ,典型值为6.6kHz .由此可知,一旦L6561的重启动定时器连续地工作,EMI 滤波器就会有可能发生振荡.对于一般的!型电路,电感量约为1mH,电容为220nF.在正常的频率为100kHz 的功率因数校正电路中,若升压电感的峰值电流为1A,用Pspice 对其进行仿真,仿真电路如图1所示.3驱动信号延迟的分析与对策在保护电路中,D 触发器的时钟信号是从PFC 控制芯片的输出驱动脉冲取得,这是因为电感两端电压极性的变化和控制芯片输出驱动脉冲是同步的.但是,如果不对D 触发器的时钟脉冲的时序进行控制,很有可能会产生在D 触发器数据端的信号还没有稳定时就已经被触发的问题.下面结合图2分别讨论控制芯片输出脉冲的上升沿和下降沿两种情况.在输出脉冲的上升沿到来时,功率M OS 管Q1被开通,漏极电压下降,电感两端电压为电源电压,电感电流线性上升,PFC 控制芯片不进行电感电流的过零检测,因此保护电路此时也不必进行绕组的电压检测.D 触发器CD4013的时钟是上升沿触发,所以此刻对应的应该是时钟脉冲的下降沿,以忽略这个时候的绕组电压检测.在中间插入一个反相器D 即可实现这种上升沿和下降沿的转换在5V 供电电源和5V 输入信号电平的情况下,D 的低电平到高电平转换的延迟为5,因此由此引入的延迟可以忽略不计图1滤波网络的Pspic e 仿真电路,无间歇振荡单相电源功率因数校正驱动电路的分析与改进黄海山(漳州城市职业学院,福建漳州363000)摘要:在分析功率因数校正技术原理的基础上,结合某公司的控制芯片L6561,剖析了其造成事故的原因,提出了针对驱动电路信号中断的一种解决方法,取得了较好的结果.关键词:有源功率因数校正;保护电路;过压振荡中图分类号:TM1文献标识码:A文章编号:1673-260X (2008)04B-0035-02Vol.24No.4Aug.2008第24卷第4期2008年8月赤峰学院学报(自然科学版)Journa l of Chife ng Univer sity (N a tural Sc ie nce Edition)35.E l E l .C 4049.11C 40490ns .图2改进的APFC电路方案,虚线框中为改进部分的电路在输出脉冲的下降沿到来时,功率MOS管Q1被关断,漏极电压上升,电感两端电压下降,极性翻转,电感电流通过升压二极管续流,PF C控制芯片进行电感电流的过零检测.在电压比较器LM393A将信号送到触发器数据端并稳定后,应该使D触发器触发.由十寄生电容的作用,功率MOS管关断后漏极电压不会立即升高到稳态值,而是升压电感和寄生电容产生谐振,电压上升速率受寄生电容容量大小的影响.这个寄生电容主要是功率MOS管内部的电容,有时也包括并联在MOS管漏、源两端的吸收电容.另外,控制芯片输出脉冲的下降沿到来时,功率MOS管是不会被瞬间关断的,这主要是由存在于功率MOS管内部的栅极和漏极的米勒电容造成的.为了估算这个延迟的具体时间,下面对功率MOS管的内部构造和关断过程进行分析.对照功率MOS管的内部构造,可以对这三个电容作进一步的分析.在栅极周围的寄生电容有:栅极对源极金属的电容C4,栅极对源极N+扩散区的电容C3,栅极对P区的电容C6和CS,其中CS的电容量是变化的,它受漏极电压和沟道长度的影响,但即使漏极电压从零升高到击穿电压,它的变化也是非常小的,所以在实际应用中可以认为它基本不变.另外一个重要的栅极电容是栅极对漏极的电容,它由两部分组成,一个是固定电容C1,另一个是电容量随漏极电压变化而变化的电容C2.当漏极电压变化时,N-扩散区与栅极C1附近相邻的部分的面积会发生变化,所以C2是随着漏极电压的变化而变化的.由下面的计算公式可以得到结论:当V D S!B时,随着漏极电压的升高,电容Cgd的电容量将下降,并符合关系式C gd∞(1-k V ds!).由此可见,当MOS管的输入电容Ciss是随着漏、源电压的增加而减小的.在关断一个功率MOS管时,一开始功率MOS管的输入电容容量较大,由于在栅极驱动电路中有栅极电阻,所以栅极电压的下降速度与栅极电阻的阻值成反比例关系[5].在栅极电压下降到闽值电压时,功率M OS管开始要关断,漏极电压开始要上升,由于漏极电压的上升,使得栅、漏电容Cg d被充电,充电回路是从漏极经过Cgd到栅极电阻,再从控制芯片的驱动口到地.若功率因数校正电路的输出电压为400V,则功率MOS管的漏极电压是从0V上升到400V,计算其上升时间的公式为:dt=C gt400(1)因此漏极电压的上升时间由流过的电流大小决定这个电流也就是流经栅极电阻R.的电流.而栅极电压近似保持在闽值电压附近,所以流过栅极的电流是近似不变的,其值为:i G=V thR G.若芯片的关断电压为0.3V,功率M OS管的闽值电压Vth为3.5V,栅极电阻为10",则流过栅极的电流为:iG=V thRG=3.510=350mA,若Cgd为500PF,则根据式一可得到漏极电压上升时间为:dt=C gt400i c=500×10-12400350×10-3 =571ns.可见,对漏、源电容C gd的充电电流是恒定的,其大小由栅极电阻的阻值决定.虽然短路栅极电阻可以增大驱动电流,但为了避免在栅极产生电压振铃,一般还是要加上一个几欧姆的栅极电阻.通过以上分析得出一个结论:从驱动脉冲的下降沿到来,到功率MOS管被彻底关断,其中间必然有一段不可忽略的时间,这是保护电路设计中必须要考虑的时序问题.所以,在图2中,加上了由R8和C4组成的RC延时网络,并经过反相器CD4049反相后,将PFC控制芯片的驱动脉冲送入D触发器CD4013的时钟端.由于这个RC网络的作用是将驱动脉冲的下降沿进行延迟,所以在R8上并联了一个二极管D6,使这个RC网络对驱动脉冲的上升沿不作延迟.同时,D6也有另外一个作用.因为驱动脉冲的脉宽和频率是变化的,所以如果脉冲的宽度太窄,即高电平时间太短,则C4还来不及被充电到稳定的高电平,就开始被放电,将会缩短对驱动脉冲下降沿的延迟时间.这是因为反相器CD4049输入端判断低电平的闽值电压不变,若电容C4充电不足,则其两端电压下降到闽值电压的时间就会较短;而如果电容C4每次都被充电到稳定的高电平,则每次下降到闽值电压的时间就能保持不变.4结论早期的功率因数校正技术非常简单,只是一个补偿相位的网络,但现在已被先进的有源功率因数校正技术所代替.实用的三相电源的有源功率因数校正技术是目前国际电力电子界的研究热点,是尚未解决的一道难题.本文研究了单相电源有源功率因数校正技术应用中的可靠性问题.首先介绍某公司的L6561,然后对现有技术的缺陷作了分析,对功率M OS管的驱动信号中断问题,设计了驱动等电路,取得了较好的结果.———————————————————参考文献:〔1〕张占松,蔡宣二.开关电源的原理与设计(修订版).北京:电子工业出版社,2004.〔2〕严百平,刘健,程红丽.不连续导电模式高功率因数开关电源.北京:科学出版社,2000.〔3〕邢岩,蔡宣二.高频功率开关变换技术.北京:机械工业出版社,2005.〔4〕原田耕介,耿文学译.开关电源手册(第2版).北京:机械工业出版社,2004.〔5〕Erickson,R obert S eca uc us,NJ,US A:Kluwer W“Fun-da mentals of Powe r Elec tronics,Sec ond Edition”Aca-,36i cC gd.demic Publishers2000:79-81.。
单相功率因数校正电路
【知识 | 写作答案】单相功率因数校正电路导语：单相功率因数校正电路是一种用来提高电力系统功率因数的装置。
本文将从什么是功率因数、为什么需要校正功率因数以及单相功率因数校正电路的原理和应用等方面展开，带您全面了解单相功率因数校正电路。
一、什么是功率因数？功率因数是指电路中有功功率与视在功率的比值，用cos(φ)表示，其中φ为电路中的相位角。
功率因数是一个描述电路所消耗或所提供的有效功率与总功率之间比值的重要参数。
当功率因数为1时，电路所消耗的有功功率与所提供的总功率完全一致，电路运行高效。
而当功率因数小于1时，电网损耗加大，效率降低，造成能源浪费。
二、为什么需要校正功率因数？校正功率因数的重要性在于提高电力系统的效率和可靠性。
电力系统中功率因数低不仅会导致能源浪费，还会引起电网电流过大、线路和设备过载、线损加大等问题。
功率因数低还会导致电动机效率下降，影响电气设备的寿命。
对于电力系统来说，校正功率因数是一项必不可少的工作。
三、单相功率因数校正电路的原理单相功率因数校正电路采用了电子电路技术，通过合理的电路设计和控制方法来调整电路的功率因数。
其基本原理是通过添加合适的电路，实现对电流和电压的相位调整，从而使得电路的功率因数接近于1。
单相功率因数校正电路的核心部件是功率因数校正电容器，它根据电路的工作情况来调整电流和电压的相位关系。
通过合理选择和调整校正电容器的参数，可以精确校正功率因数，提高电路的能耗效率。
四、单相功率因数校正电路的应用单相功率因数校正电路广泛应用于家庭电器、办公场所、商业设施、工厂厂房等各类电力系统。
在这些场合中，电器设备常常工作在不同负载条件下，功率因数波动较大。
通过使用单相功率因数校正电路，可以有效地提高电力系统的功率因数，减少能源浪费，提高设备的效率和寿命。
结语：单相功率因数校正电路是一种提高电力系统效率和可靠性的重要装置。
本文从功率因数的概念入手，解释了为什么需要校正功率因数，并介绍了单相功率因数校正电路的原理和应用。
单相功率因数校正电路的设计与研究论文
单相功率因数校正电路的设计与研究论文摘要:单相功率因数校正电路是一种用于提高电力系统功率因数的电路装置。
本文以单相电力系统的功率因数校正为目标，对单相功率因数校正电路进行了设计与研究。
文章首先分析了单相功率因数校正的原理与意义，然后根据需求设计了一套单相功率因数校正电路，并进行了详细的实验与测试。
结果显示，该单相功率因数校正电路能够有效提高系统的功率因数，达到预期的效果。
关键词:单相电力系统、功率因数校正、电路设计、研究1.引言单相电力系统中，功率因数是衡量电力系统能量利用效率的一个重要指标。
功率因数是指有功功率与视在功率之间的比值。
当系统的功率因数低于1时，电网会出现无效功率，造成能量的浪费。
因此，单相功率因数校正电路的设计与研究具有重要的实际意义。
2.单相功率因数校正的原理与意义单相功率因数校正的原理是通过改变负载电路的电流波形，使其与电源电压波形保持一致，从而提高功率因数。
通过增加并联电容或改变电路的相角，可以对功率因数进行调节。
功率因数校正的意义在于提高电力系统的能源利用率，降低电网的无效功率损耗。
3.单相功率因数校正电路的设计根据单相功率因数校正的原理与需求，设计了一套单相功率因数校正电路。
该电路由交流电源、并联电容、三角形三角波发生器、比较器等组成。
交流电源提供电压供电，通过并联电容和三角波发生器的输出进行比较，得到比较器的输出信号，最后控制负载电流波形，实现功率因数校正。
4.实验与测试为验证单相功率因数校正电路的性能，进行了详细的实验与测试。
首先搭建了实验平台，连接电源、负载，同时进行电流、电压和功率因数的测量。
然后通过比较实验数据，分析功率因数校正前后的差异。
实验结果显示，通过单相功率因数校正电路的设计，系统的功率因数得到了明显的提高。
5.结论本文针对单相电力系统的功率因数校正问题，进行了电路设计与研究。
通过实验测试，验证了单相功率因数校正电路的有效性。
该电路能够提高电力系统的功率因数，达到节能减排的目的。
单相功率因数校正电路的设计与研究论文
单相功率因数校正电路的设计与研究论文摘要目前，能源的高效利用已成为世界各国的共同关注点，而单相功率因数校正电路正是其中一种提高能源利用效率的重要技术。
本论文以单相功率因数校正为研究对象，设计了一种电路用于校正功率因数，并进行了详细的研究。
实验结果表明，该电路能够有效地提高单相电路的功率因数，达到高效能源利用的目的。
本文内容分为引言、单相功率因数校正电路设计、实验结果与分析等部分，共计约1200字。
1.引言在电气系统中，功率因数是评估电路能量利用效率的关键指标之一、低功率因数会导致电路中存在较大的无功功率、功率损耗增加、电流波形不纯等问题，不仅会造成能源的浪费，还可能对电气设备产生不良影响。
因此，提高单相电路的功率因数成为重要的技术难题。
2.单相功率因数校正电路设计2.1功率因数校正原理单相功率因数校正电路的设计基于功率因数校正原理。
功率因数校正原理是将电容器接在负载电路中，通过电容器的无功功率消耗来抵消电路中的无功功率。
因此，可以通过调节电容器的电容值和电容器与电路的连接方式来实现功率因数的校正。
2.2单相功率因数校正电路的设计思路首先，选择合适的电容器非常重要。
电容器的电容值决定了它能够提供的无功功率容量，因此需要根据负载电路的特点来选择合适的电容器。
其次，电容器的连接方式也需要考虑。
常见的电容器连接方式有谐振方式和并联方式，需要根据电路的特点来选择适合的连接方式。
最后，设计适当的控制电路来对电容器进行控制。
根据负载电流的大小和相位角的变化，调整控制电路对电容器的充放电过程，以实现功率因数校正的效果。
3.实验结果与分析在实验中，我们选择了合适的电容器，并采用了并联连接方式。
通过设计适当的控制电路，实现了对电容器的控制。
实验结果表明，所设计的单相功率因数校正电路能够有效地提高单相电路的功率因数。
同时，我们对校正前后的功率因数进行了比较分析。
校正后，功率因数明显提高，无功功率损耗明显减少，电流波形纯净，能源利用效率显著提高。
单相有源功率因数校正电路的设计与实现
单相有源功率因数校正电路的设计与实现引言在电力系统中，功率因数是衡量电路有用功率和视在功率之间关系的一个重要参数。
功率因数不高会导致电网负荷增加、能源浪费等问题。
为了解决这些问题，我们需要设计和实现一个单相有源功率因数校正电路。
本文将详细介绍单相有源功率因数校正电路的设计原理、实现方法以及相关注意事项。
设计原理单相有源功率因数校正电路主要通过引入合适的补偿电流来改善系统的功率因数。
其基本原理是利用控制器对负载端的电流进行采样，并通过控制信号驱动逆变器输出合适的补偿电流。
具体来说，该校正电路包含以下几个主要组成部分：1.采集模块：用于采集负载端的电流信号。
2.控制模块：通过对采集到的信号进行处理，生成控制信号。
3.逆变器模块：将控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
4.滤波模块：对逆变器输出进行滤波处理，以确保补偿电流的稳定性。
5.反馈模块：将逆变器输出的补偿电流反馈到负载端，实现功率因数校正闭环控制。
设计步骤步骤一：采集模块设计采集模块主要用于采集负载端的电流信号。
常用的采集方法有两种：传感器式采集和非传感器式采集。
1.传感器式采集：通过电流互感器或霍尔传感器等，将负载端的交流电流转化为低频信号。
然后通过滤波和放大电路，将信号处理成微弱但具有较高精度的直流电压信号。
2.非传感器式采集：利用测量负载端两个相邻导线之间的压差来计算负载端的电流值。
这种方法不需要直接接触负载线路，可以减少对系统的干扰。
步骤二：控制模块设计控制模块主要对采集到的负载端电流信号进行处理，并生成相应的控制信号。
主要包括以下几个步骤：1.信号放大与滤波：对采集到的低频信号进行放大和滤波处理，以提高信号质量和减小干扰。
2.采样与比较：将处理后的信号与参考信号进行比较，得到误差信号。
3.控制算法：利用控制算法（如PID控制）对误差信号进行处理，生成控制信号。
步骤三：逆变器模块设计逆变器模块主要将控制模块生成的控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
单相有源功率因数校正电路的设计与实现
单相有源功率因数校正电路的设计与实现一、引言二、单相有源功率因数校正电路的基本原理1. 有源功率因数校正的意义2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现1. 电路参数的选择a. 功率因数调整范围的确定b. 过零检测器参数的选择c. 控制电路参数的选择d. 滤波器参数的选择2. 单相有源功率因数校正电路设计步骤a. 过零检测器设计b. 控制电路设计c. 滤波器设计3. 单相有源功率因数校正电路实现方法及注意事项a. 实现方法i) 负载侧串联法ii) 发生器侧串联法iii) 直接并联法b. 注意事项四、单相有源功率因数校正电路应用实例分析1. 实验平台搭建2. 实验过程及结果分析五、总结一、引言：随着工业化进程不断加快，电力负荷不断增加，电网中的功率因数问题越来越突出。
功率因数是指电路中有用功与视在功之比，它反映了电路的有功和无功的比例关系。
当负载中存在大量的感性元件时，会导致电路中存在一定的无功分量，这会使得电网中的无功负荷增加，降低了电网的供电能力和效率。
因此，在实际应用中需要对单相有源功率因数校正电路进行设计和实现。
二、单相有源功率因数校正电路的基本原理：1. 有源功率因数校正的意义：有源功率因数校正是指通过加入适当的无功补偿来改善系统或负载端的功率因数，达到提高系统效率、减少能耗、延长设备寿命等目标。
2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构：单相有源功率因数校正电路主要由过零检测器、控制器、滤波器和逆变器等组成。
3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理：单相有源功率因数校正电路通过检测交流信号波形上升沿或下降沿的时刻，控制逆变器输出电压的相位和幅值，使得负载侧电流与电压之间的相位差角度接近于零，从而达到功率因数校正的目的。
三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现：1. 电路参数的选择：a. 功率因数调整范围的确定：根据实际应用需求来确定功率因数调整范围。
CCM单相boost功率因数校正系统的分析与研究
CCM单相boost功率因数校正系统的分析与研究摘要本文设计了一种高功率因数、低电磁干扰的单级CCM-BOOST功率因数校正电路。
首先对有源功率因数校正电路进行了详细的分析。
基于对有源功率因数校正电路的双级式和单级式结构的特点比较，本文采用了单级式的电路结构。
选择Boost电路为有源功率因数校正电路的主电路，给出了Boost电路的组成并分析了它的工作过程。
在此基础上本文采用连续导电工作模式(CCM)和平均电流控制策略，并应用DSP作为有源功率因数校正电路的控制芯片。
对TMS320LF2407A芯片的工作原理及各引脚功能作了介绍，对相应的控制部分的控制输入、乘法器、电压环和电流环部分进行了详细的分析。
最后，在上述对有源功率因数校正电路做了优化基础上，在输入电压为市电220V/50Hz条件下，对有源功率因数校正电路进行优化，输出400V直流电，并应用MATLAB软件进行了仿真计算。
关键词：功率因数校正PFC技术；MATLAB仿真；Boost电路AbstractA single stage CCM-BOOST power factor correction circuit with high power factor and low electromagnetic interference is designed in this paper. First of all, the active power factor correction circuit is analyzed in detail. Based on the comparison of the two stage and single stage structures of the active power factor correction (APFC) circuit, a single stage circuit is adopted in this paper. The Boost circuit is selected as the main circuit of the active power factor correction circuit, and the composition of the Boost circuit is given and its working process is analyzed. On this basis, the continuous conduction mode (CCM) and the average current control strategy are adopted in this paper, and DSP is used as the control chip of active power factor correction circuit. The working principle of TMS320LF2407A chip and the functions of each pin are introduced. The control input, multiplier, voltage loop and current loop part of the control part are analyzed in detail. Finally, based on the above optimization of active power factor correction circuit, the active power factor correction circuit is optimized under the condition of input voltage of 220V/50 Hz, and 400V DC power is output, and the simulation is carried out by using MATLAB software.Key words: power factor correction (PFC) PFC technology; MATLAB simulation; Boost circuit目录摘要 (I)Abstract (II)1、前言 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2研究价值 (1)1.3国内外研究现状 (1)1.4研究方法 (3)2、基于DSP的PFC数字系统采样硬件设计 (4)2.1数字控制平台选取及外围电路设计 (4)2.1.1 DSP控制器的选用 (4)2.1.2 时钟模块硬件电路 (6)2.1.3 复位电路 (7)2.1.4DSP控制器晶振电路 (8)2.2数字控制器的主电路设计 (8)2.2.1有源功率因数校正电路的原理 (8)2.2.2采样算法和采样频率的选择 (9)2.2.3 PWM信号的产生 (11)2.2.4 PFC升压转换器的结构 (14)2.3 Boost型功率因数校正器的设计与实现 (14)2.3.1前馈电压环节(Fcn(qk))的设计 (14)2.3.2电压反馈环节(Fcn(bk))的设计 (15)2.3.3电流环（Fcn(I)）的设计 (16)3、单相有源功率因数校正电路仿真 (17)3.1 建立仿真模型 (17)3.2 仿真结果分析 (18)3.3 对系统进行分析 (23)总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录 (28)1、前言1.1研究背景及意义随着功率半导体开关器件技术有了一定的进步，促使了电力电子变流装置技术的飞速发展，同时也出现了基础以脉宽调制(PWM)控制的各种变流装置：比如高频开关电源、变流器、逆变电源以及各类特种变频器等等，电力电子装置在整个国民经济各个领域中得到了广泛的应用。
单相有源功率因数校正电路拓扑技术研究进展
Ｔ１５ ９９ ） ４４ —３ 。这些 标 准 的 出 台 ， 整 流器 面临 着 前 所 使 未 有 的挑 战 ， 同时也 推 动 了功 率 因 数校 正 电路 技 术 的 发展。 根 据 电路 的输 入 电 压 的不 同 ， 率 因数 校 正 电路 功 主要 分单相 和 三相 两大 类 。单相 功率 因数校正 电路 目
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ Ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｅ ｕ ｈ ｄ ｂ ｈ ｅｅ ｓ ｆ ａ ｉ ｕ ｔ ｉｔｓａ ｄ ｒ ｓｏ ａ ｍｏ ｉ ｓ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ＰＦ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｎ ｐ ｓ ｅ ｙ ｔ ｅ ｒ ｌａ ｅｏ ｒ ｓｓ ｒｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｎ ｈ ｒ ｎ ｃ ｖ ｏ ｗａ ｅ ｖ ．Ｔｈ ｒｉｌ ｎ ｌｓ ｓ ｔ ｅｇ ｎ ｒ ｌｓｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ＰＦ ｅａ ｔｃｅ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｅ ｅ ａ ｉｕ ｔｏ ｆｔ ｐ ｌｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ Ｃ，ｄ ｓ ｕ ｓ ｓｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｔ ｐ ｌ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ Ｃ ｒ ｍ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓ ｅ ｔ ａ ｄ ｇ ｖ ｓ ｏ ｔ ｔ ｅ ｔｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｏ ｌ ｇ ｏ ｏ ｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ＰＦ ｆｏ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ａ ｐ ｃ ｎ ｉｅ ｕ ｈ ｒ ｎ ｆｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｔ ｐ ｏ ｙ ｃ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ Ｐ ｎ ｆ ｔ ｒ ． ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ ｈ ｓ ＦＣ ｉ ｕ ｕ ｅ － Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ｓｎ ｌ ｔ ｇ ； ｏ ｒｆ ｃ ｏ ｏ ｒ ｃ ｉｎ ＰＦ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ ； ｉ ｇ ｅ ｓａ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｃ ｒ ｅ ｔｏ （ Ｃ）
一种准谐振单级功率因数校正电路的研究
入端是 由整流器 和大容量 电解 电容器直接连接构 成 ，这种 非线性 电路使得输入 电流呈脉冲状 ，在
收稿 日期 ：０ １ ０ －０ ２１－ ８ ９
第 １ 卷第 １ 期 ４ １
２ １ 年 １ 月 ０１ １
鼋 渌 技 左 阂
ＰＯＷ ＥＲ ＳＵＰＰＬ ＴＥＣＨＮ ＯＬＯＧＩ Ｙ ＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩ ＣＡＴＩ ｏＮ Ｓ
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图３ 一 个开关周期 内的主要 工作 波形
Ｃｓｄ ｅ Ｕ ｓ
＝ 一
＝ ＋等
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也 誓：
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ｄ ＿ ０ 一 Ｕ ｆ 警＝ｏ ｃ Ｍ ｓ Ｃ Ｕ
２ 控制芯片与控制策略
１ ）控 制芯 片 ｆ Ｍ （ ２ ）
该 电路 采用 芯 片Ｉ Ｅ１ Ｓ １ Ｃ Ｑ ０ ，这是 一种 支持 功 率 因数 校 正 和 低 待机 损 耗 的 开 关 电源 控 制 芯 片 。 Ｉ Ｅ１ Ｓ １ Ｃ Ｑ ０ 管脚 如表 １ 所示 。
文献标识码： Ｂ
文章编号：２ ９ ７３２ １）１ ０ ５０ ０ １ １（０ １１． ３—５ ２ ０
０ 引言
目前 ，开 关 电源凭 借 其效 率高 等优 势在 电
源 领 域 中 占主 导地 位 。然 而 ，大 多 数 开 关 电源 输
电网 中产 生 大量 高 次 电流 谐 波 和 无 功功 率 ，功 率
ｒ 一 ， 上 叠 加 一 个 高 频 交 流 分量 Ｕ ， 电感 电 ， ，
ｉ ｎ 。Ｃ Ｓ Ｎｐ
流波动 。经过半个谐振周期 ，谐振 电容 Ｃ （ 开关管 ｖＴ 两端 电压达到最小值 。此时 ，令开关管Ｖ 开 ） Ｔ
通 ， 电路进 入 下一 个 周 期 。这 一 期 间 电路 的微分 方程 为 ：
单相有源功率因数校正技术的发展
单相有源功率因数校正技术的发展
摘要：本文对现有的功率因数校正技术进行了分析和总结。
通过软开关技术以及新型高性能的电路拓扑设计，分析了提高AC-DC变换器的转换效
率的技术。
提出了无桥PFC电路是高性能功率因数校正电路研究的方向。
Abstract: A reviews of update power-factor-correction techniques is presented. The techniques
with which to increase AC-DC conversion efficiencies are discussed by soft-switching and new high performance circuit topology designs.
1概述
大部分用电设备中，其工作电压直接取自交流电网。
所以电网中会有许多电力电子装置、电磁设备和电子设备等非线性负载，使电网产生谐波电压和电流。
而许多没有采取功率因数校正技术的AC-DC整流电路，输入电流波
形呈尖脉冲状。
因此，交流网侧功率因数只有0.5 0.7，电流的总谐波畸变（THD）很大，可超过100%（功率因数为0.999时，THD约为3%）。
为了防止电网的谐波污染，或限制电子设备向电网发射谐波电流，国际上已经制定了许多电磁兼容标准，有IEEE519、IEC1000-3-2等[1]。
因此，提高功率
因数，减少谐波的含量也就是功率因数校正（PFC）成为开关电源领域中非常重要的研究方向。
PFC根据相数的不同可以分为单相功率因数校正电路和。
单级功率因数校正电路的发展
2006年5月25日第23卷第3期通信电源技术Telecom Power TechnologiesMay 25,2006,Vol.23No.3收稿日期:2005212204作者简介:孙绮敏(1980-),男,硕士研究生,研究方向为变流技术及应用。
文章编号:100923664(2006)0320028203研制开发单级功率因数校正电路的发展孙绮敏,谢运祥(华南理工大学电力学院雅达电源实验室,广东广州510640) 摘要:传统的开关电源均存在功率因数低的问题,改善开关电源的功率因数始终是学术界的热点。
文章阐述了单级功率因数校正电路的发展历史,比较了两级PFC 与单级PFC 电路的结构,列举了几种常用的单级功率因数校正电路,并对单级隔离式PFC 变换器的控制方案做了简单探讨。
关键词:功率因数校正;DC/DC 变换;反激中图分类号:TP 217文献标识码:ADevelop ment of Single Stage PFCSUN Qi 2min ,XIE Yun 2xiang(South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China )Abstract :The power factor value problem is exists in almost every tranditional switching 2mode power supply ,the power factor improvement of switching 2mode power supply is always be the hotspot of academia.The paper expounds the develoment history of single stage PFC ,compares the two 2stage PFC structure with single stage PFC and enumerates sev 2eral single stage PFC circuit in common use.It makes a brief discussion on the control plan of single stage insulated PFC convertor.Key words :PFC ;DC/DC convert ;backword0 引言开关电源有体积小、效率高、功率密度大等优点,在电源领域占主导地位。
单级功率因数校正电路的直流母线电压分析和实验研究
单级功率因数校正电路的直流母线电压分析和实验研究1 引言近年来PFC技术是电力电子学界的一个热门话题，已经提出了许多PFC电路。
目前，带有功率因数校正的开关变换器通常分为两级结构和单级结构。
在两级结构中，第一级类似于Boost型PFC电路，目的在于提高输入的功率因数并抑制输入电流的高次谐波；第二级为DC/DC 变换器或DC/AC变换器，目的在于调节输出以便与负载匹配。
由于两级分别有自己的控制环节，使得这个电路具有良好的性能，但是，元器件个数太多，与没有PFC的相同电路相比，成本约增加15％。
为了使AC/DC电源在满足谐波标准的同时，能够实现低成本、高性能，于是对单级PFC 的需求越来越紧迫，特别是在小功率应用场合。
单级PFC变换器使PFC和DC/DC级共用一个开关管，只有一套控制电路，同时实现对输入电流的整形和对输出电压的调节。
但是，单级功率因数校正电路有自己的缺点，当PFC级工作在DCM模式，轻载时，直流母线（Bus）上的电压将成为主要问题。
本文将从理论上推导DC/DC级工作在DCM模式时的直流母线电压的公式（DC/DC级工作在CCM时的情况见文献2），然后通过实验验证，为解决问题提供理论依据。
同时，通过直流母线的推导，顺便推导出电路的PF和THD。
2 电路工作原理单级功率因数校正的主电路图，它是一种简单的BIFRED（Boost Integrated with Flyback Rectifier/Energy Storage/DC-DC Converter），工作波形见图2。
图1 主电路示意图图2 工作波形图虽然BIFRED只有一个开关，但是和两级的功能却是一样的。
实际上，输入电感L1，二极管D1，开关S1，和储能电容C1组成了一个DCM Boost功率级，而开关S1，带励磁电感Lm 的变压器，输出二极管D2和输出滤波电容C2组成了一个反激级。
其中变压器原副边匝比n=N∶1。
〔0－t0〕段开关S1导通，L1通过输入整流电压储能，电感电流iL1（=iin）上升。
电路中的功率因数校正提高电源效率的方法
电路中的功率因数校正提高电源效率的方法在电力系统中，功率因数是衡量电路中有功功率与视在功率之比的参数。
当功率因数接近1时，表示电路的能量利用效率较高；而功率因数较低则表示存在较大的无效功率损耗。
为了提高电源的效率，并减少对能源的浪费，采取功率因数校正措施是十分重要的。
本文将介绍几种常见的方法，来改善电路中的功率因数校正，提高电源效率。
一、有源功率因数校正方法有源功率因数校正可以通过引入有源功率电子器件，如功率因数校正控制器（PFC），来调整电路中的功率因数。
PFC根据电路的输入和输出特性，通过控制电流的相位和幅值，实现功率因数的校正。
1. 单级整流功率因数校正单级整流功率因数校正适用于直流电源和低功率交流电源。
它通过全桥整流电路将交流信号转换为直流信号，并利用功率因数校正控制器来实现功率因数的校正。
2. 多级整流功率因数校正多级整流功率因数校正适用于高功率交流电源。
它将输入交流信号分割为多个等值的部分，分别经过整流电路和功率因数校正控制器的作用后，再进行并联输出。
这样可以提高整体系统的功率因数，并减少电路中的谐波失真。
二、无源功率因数校正方法无源功率因数校正主要是通过连接电感、电容等被动元件来实现的。
它不需要额外的能源输入，是一种相对简单且经济的功率因数校正方法。
1. 电容器补偿法电容器补偿法是一种常见的无源功率因数校正方法。
通过连接电容器到电源电路中，利用电容器的电流-电压特性来改善功率因数。
电容器能够吸收无功功率，从而提高功率因数。
2. 串联电感法串联电感法也是一种无源功率因数校正方法。
通过串联电感到电源电路中，可以改变电路的阻抗特性，从而减小无功功率的流动。
此方法适用于负载有饱和磁芯材料的电路。
三、整流桥电路的谐波校正方法在电路中，整流桥电路常常会引入谐波失真，从而影响功率因数。
为了解决这个问题，可以采取以下几种谐波校正方法。
1. 调整整流桥的电路结构可以通过改变整流桥电路的结构，选择合适的二极管材料和电容电感参数等，来减少谐波失真。
单级功率因数校正的移相全桥
单级功率因数校正的移相全桥咱们今天聊聊“单级功率因数校正的移相全桥”，这可是个相对“高大上”的话题，不过放心，不会让你晕头转向的。
你可以把它想成是电力电子世界里的一个小魔法，让电流在电路里走得更顺畅、效率更高。
听起来是不是有点玄乎？其实简单来说，功率因数校正就是让你家的电器或者工业设备在使用电力时，不会浪费能源，减少电力公司给你开的“电费账单”，顺便让你的设备性能更好，不会因为浪费电流而发热或者出故障。
大家知道，咱们平常的电力系统是交流电，电压和电流的波形本来是交替变化的。
但是你有没有发现，用电器总是吃不完电流的“全餐”？它们总是挑着自己喜欢的吃，不吃电流中没用的部分，结果让电力公司也头疼，电力系统变得不那么高效。
所以，功率因数校正就有了它的“舞台”。
通过一些特殊的电路和技术，让电流和电压波形更匹配，减少浪费，提升效率。
好啦，咱们转回到这次要讲的“移相全桥”。
如果你曾经见过一个桥形电路的结构图，可能会觉得它看起来就像是“迷宫”，搞不懂这些电路怎么一通乱接，居然能做到这么神奇的效果。
不过，移相全桥和普通的桥形电路相比，能更好地控制功率输出，并且提高功率因数。
简单说就是，它能把“电流”按顺序移个地方，让电流能和电压波形同步，避免一些无谓的功率损失。
想象一下，你和朋友排队吃饭，大家一个接一个有序地走，这样就不会发生拥堵，大家吃得既快又舒服，对吧？移相全桥通过调节“开关”控制电流流向，实际上它是在不停地调节电流的“方向盘”，让电流的“行驶轨迹”更直，更少绕弯，这样不但能降低功率损耗，还能提高电压的利用效率。
说得更简单点儿，就是这个电路帮忙“修正”电流的“走位”，让电流“直达目标”。
如果电流跑偏了，设备工作就不稳定，浪费电力不说，还容易烧坏电路。
大家可以想象一下，如果你开车的时候老是偏离车道，油耗肯定会飙升，而且车速也会受到影响。
那“单级”又是怎么回事？我们平常见到的功率因数校正电路，很多都比较复杂，要好几级来一步步调整。
功率因数校正电路的作用
功率因数校正电路的作用
功率因数校正电路是一种用于改善电力系统功率因数的电路。
在交流电力系统中，功率因数是指有功功率和视在功率之间的比值，它反映了电力系统中电能的利用效率。
功率因数为1时，表示电能的利用效率最高。
而功率因数小于1时，意味着有一部分电能在输送过程中被浪费掉了。
功率因数校正电路的作用就是通过改变电路中的电流和电压之间的相位关系，使功率因数接近于1。
具体来说，功率因数校
正电路可以通过调整电路中的电容或电感元件，改变电流和电压之间的相位关系，从而提高功率因数。
功率因数校正电路的作用主要有以下几个方面：
1. 提高电能利用效率：通过校正功率因数，减小系统中的无功功率损耗，提高有功功率的输出，从而提高电能的利用效率。
2. 减少电能浪费：在功率因数低的情况下，系统中会产生较大的无功功率，这部分无功功率会导致电能浪费。
功率因数校正电路可以减少无功功率，减少电能的浪费。
3. 降低线路损耗：由于功率因数校正电路可以减少无功功率流动，从而减少了线路中的电流，降低了线路的损耗。
总的来说，功率因数校正电路的作用是提高电能的利用效率，降低电能浪费，减少线路损耗，从而提高电力系统的稳定性和经济性。
什么是单级功率因数校正？它有什么特点？
什么是单级功率因数校正？它有什么特点？单级功率因数校正（Single-Stage Power Factor Correction，SPPFC）是一种功率因数校正技术，它将传统的两级功率因数校正技术合并为一级，以减小系统的复杂性和成本，同时仍然实现高功率因数。
单级功率因数校正的特点包括：1.简化拓扑结构：相对于传统的两级功率因数校正方式，单级功率因数校正使用更简单的电路拓扑来实现功率因数校正。
整个功率因数校正电路可以集成在一个电路中，从而减少了系统的复杂性和成本。
2.较高的效率：单级功率因数校正通过合并两个阶段的电路，减少了电路的损耗和能量转换过程的损耗，从而提高了系统的整体效率。
这是因为单级得到了更好的集成和优化，提高了能量转换的效率。
3.紧凑的尺寸：单级功率因数校正通过简化拓扑结构和优化电路设计，可以实现更小的物理尺寸，适用于空间有限的应用场景。
这对于一些对尺寸要求较高的应用，如电子设备和电源模块等，非常有优势。
4.快速的动态响应：单级功率因数校正电路通常具有较快的动态响应特性，能够快速调整输入电流以适应负载变化。
因此，单级功率因数校正电路在处理动态负载变化时表现出色。
5.高功率因数：单级功率因数校正电路可以实现高功率因数的目标，通常可以达到接近1的功率因数。
这有助于减少系统对电网的负载，提高电网的稳定性。
总之，单级功率因数校正通过将传统的两级功率因数校正合并为一级，提供了更简化、更高效、更紧凑的解决方案。
它具有较高的功率因数、较快的动态响应、紧凑的尺寸和较高的整体效率，因此在各种电源和电子设备中得到了广泛应用。
有源功率因数校正技术及发展趋势
有源功率因数校正技术及发展趋势O 引言传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。
近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越来越引起人们的注意。
功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。
本文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。
1 功率因数(PF)的定义功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。
即式中：I1为输入基波电流有效值；为输入电流失真系数；Irms为输入电流有效值；cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。
可见PF由γ和cosφ决定。
cosφ低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。
γ值低，则表示输入电流谐波分量大，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。
由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。
全桥整流器电压和电流波形图如图1所示。
2 功率因数校正实现方法由式(1)可知，要提高功率因数有两个途径，即使输入电压、输入电流同相位；使输入电流正弦化。
利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。
功率因数校正电路分为有源和无源两类。
无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。
虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到o．7~0．8，因而在中小功率电源中被广泛采用。
有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。
单级功率因数校正电路性的分析
单级功率因数校正电路性的分析单级功率因数校正电路实用性的分析摘要：针对电网对电源功率因数和谐波含量的要求，单级功率因数校正电路已经是电力电子领域的研究热点。
对单级功率因数校正电路进行了分析，同时根据现在的输入电流的谐波标准，分析了单级功率因数校正电路的实用性。
关键词：功率因数校正；单级功率因数校正；实用性引言为了减少谐波对交流电网的污染，国内外都制订了限制电流谐波的有关标准，因此，功率因数校正（PFC）技术已成为电力电子领域中的研究热点。
随着电力质量标准的日益严格，PFC变换器被越来越多地应用于开关电源、变频调速器和荧光灯交流电子镇流器中。
近几年来，随着相关技术和各种控制策略的发展，PFC技术已得到大量研究。
PFC电路根据工作方式可分为两大类，即无源PFC电路和有源PFC电路。
有源PFC电路根据变换级数可以分为单级PFC电路和多级PFC电路。
近年来，单级PFC电路得到广泛的关注，对它的研究也越来越热了，但是，在工业上它还没有得到广泛应用。
通常，通过以下几个方面来判断一个功率因数校正拓扑的优劣：--功率因数的高低；--输入电流波形畸变的大小；--效率和功率密度的高低；--开关管应力的大小。
单级功率因数校正将PFC级和DC/DC级组合在一起，同时实现对输入电流的整形和对输出电压的调节，但与两级方案相比，它只调节输出电压，保证输出电压的稳定，而对输入电流没有进行调节，让输入电流自动跟踪输入电压，因此，单级PFC电路的效果比较差。
本文根据现在国际上的电流谐波标准，对单级PFC电路在工业上能否被广泛应用进行了分析。
1 单级PFC电路的分析图1是单级PFC的通用结构。
不像两级PFC，单级PFC中使PFC 级和DC/DC级共用一个开关，同时实现输入电流波形的整形和输出电压的快速调节，输入输出的隔离。
由于控制电路只负责调节输出电压，在稳态时占空比（D）几乎是个恒定值，所以，单级PFC要求输入电流能够自动跟随输入电压，图2为单级PFC的输入电压、电流波形和占空比波形。
改进的单级功率因数校正ACDC变换器的拓扑综述
图2
典型的单级隔离式 boost PFC 电路
众所周知，电流断续模式（DCM）的 Boost 变换器，在固定占空比下电流自动跟随输入 电压，因此，PFC 级工作在 DCM 下可以得到较高的功率因数。但是，输入和输出电感电流 的峰值较高，增加了有源开关的电流应力和开关损耗；变换器的效率低；另外电路需要一个 更大的 EMI 滤波器。如果要求减小开关器件的电压、电流应力，那就需要 PFC 级工作在电 流连续模式（CCM）下，同时可以提高整个变换器的效率并减小 EMI。如在图 2 的 a 和 b 之间加一电感 L1，可以使 PFC 级工作在 CCM 下。对于 DC/DC 变换器而言，为了提高变 换器的效率，一般工作在 CCM 下，因此，占空比不随负载变化。当负载变轻时，输出功率 减小，而 PFC 级输入功率同重载时一样，则充入储能电容的容量大于从储能电容抽走的能 量，导致储能电容电压上升。为了保持输出电压一致，电压反馈环调节输出电压，使占空比 减小，输入能量也相应减小，这个动态过程要到输入和输出功率平衡后才停止。负载减小带 来的后果是直流总线电压明显上升，也就是电容电压明显上升，甚至达到上千伏。 降低电容电压通常有两种方法：一种方法就是采用变频控制[4]，可以使电容电压低于 450V，但是频率变化范围可能高达十倍，不利于磁性元件的优化设计；另一种就是采用变 压器绕组实现负反馈。如果 PFC 级和 DC/DC 变换器都工作在 CCM 下，输出功率减小时， 虽然占空比不变，但输入功率也会相应减小，抑制了储能电容电压的增加，的效率是最高 的，PF 值有所降低，但是，很难找到一种拓扑完全工作在 CCM 下，设计上也相对复杂。 串联单级 PFC 变换器的功率流图如图 3 所示，从图中可以看出，功率由输入传送到输出， 经过了两次变换，效率低。
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ＰＣ Ｆ级
ＡＣＩ ＤＣ
离式 Ｐ Ｃ变换器电路 Ｆ
电路拓扑如图 ５ 所示 ，， Ｓ 为主开关 ， 为有源钳 岛 位辅助开关， 电路可看为 Ｂ ｏｔ ｏｓ单元与反激单元的串 联组合。两个单元共用一个主开关 Ｓｏ 代表开关 ， ， Ｃ Ｓ 和 Ｓ 的总寄生电容；ｋ ， ： Ｌ 代表变压器的漏感 ，： Ｃ和 Ｌ 形成串联谐振电路， ｋ 实现 Ｓ 的软开关 ；。 Ｓ 构 ， Ｃ和 ｚ
图３ ｏｓ型 Ｐ Ｃ电路与单开关反激变换 是由Ｂ ｏｔ Ｆ 器组合而成的最基本的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器拓补。 Ｆ
与普通的 Ｄ ／ Ｃ变换器相 比， ＣＤ 有电压应力大 ， 损耗较 多的缺点。因此， 人们研制出应用各种软开关技术， 减
ＶＶ下丁ｋ｝Ｄ Ｌｒ，ｃ ｛Ｌ 一 Ｔ Ｄ牛牛ｃ ａ ｓ ． Ｒ Ｚ Ｄ Ｖ ０ Ｌ Ｃ ，
单级功率因数校正 电路的发展
摘要： 传统的开关电源均存在功率因数低的问题， 改善开关电源的功率因数始终是学术界的热点。文章阐述了单级 功率因数校正电路的发展历史， 了两级 Ｐ Ｃ与单级 Ｐ Ｃ电路的结构， 比较 Ｆ Ｆ 列举 了几种常用的单级功率因数校正电路 ， 并 对单级隔离式 Ｐ Ｃ变 Ｆ 换器的控制方案做了简单探讨。 关键词 ： 功率因数校正江 庄〔变换； 兀 反激 中图分类号： Ｐ １ Ｔ ２７ 文献标识码 ： Ａ
力较大， 不是零电压下关断。
Ｃ ，
一长卜
一 ｝ｉ一Ｉ 生 ｉ ｃＤ Ｉ
黔．卫 Ｊｊ Ｖ井Ｃ４Ｌ ， ｊ Ｄ ｏ ＿ ｋ ＿ Ｒ
ＶＤａ
图 ４ 带有再生钳位的 ｂ ｏｔ ｏｓ 反激型单级 Ｐ Ｃ变换 器 Ｆ
（） 有源 ２带 钳位和 关的Ｂｏ 反激塾 软开 ｏｔ ｓ 单级隔
以 达到０９－１ 单级 Ｐ Ｃ变换技术将朝电路简单 ．９ 。 Ｆ
化， 集成化发展， 必将得到进一步地深人研究， 并在小 功率开关电源领域得到广泛的应用。 １１ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器的结构 ． Ｆ 单级隔离式 Ｆ Ｐ Ｃ变换器的结构如图 １ 所示， 而传 统的两级变换的隔离式 Ｐ Ｃ电路的结构如图 ２ Ｆ 所示。
作， 造成元件过热， 烧毁等。国外在 ２ 世纪 ９ 年代开 ０ ０ 始了改善开关电源功率因数的工作， 主要是功率因数 校正电路和诸多的控制 Ｉ 。功率因数校正电路（Ｆ Ｃ ＰＣ
Ｃｒｕ ｓ主要分为无源 Ｐ Ｃ和有源 Ｐ Ｃ两 Ｐ Ｃ ｏ ｇ Ｐ Ｃ 和单级 Ｆ Ｆ （ ｗ Ｓａｅ ） Ｔ ｔ Ｆ Ｐ Ｃ Ｓ ｇ Ｓ ｇ Ｐ Ｃ 两种。两级 Ｐ Ｃ主要由Ｐ Ｃ Ｆ （ｉ ｌ ｔ ｅ ） ｎ ｅ ａ Ｆ Ｆ Ｆ
图 ５ 带有源钳位和软开关的 Ｂ ｏｔ ｏｓ反激型单级 Ｐ Ｃ Ｆ
少开关损耗以及开关应力的各类新型单级 Ｐ Ｃ变换 Ｆ
器， 其效率高且电路拓扑也十分简单。
（） ３单级充电激励型 Ｐ Ｃ变换器 Ｆ 一 『 一 － ｉ Ｍ一Ｉ 几＿ ｉ ， Ｕ ｏ 这种变换器没有用 Ｂ ｏｔ ｏｓ或其他变换器作为 Ｐ Ｃ Ｆ 困 Ｄ Ｖ Ｃ Ｒ ． ０宁 ｏ Ｌ ３ 甲 单元， 仅用两个电容来实现 Ｐ Ｃ Ｆ 。充电激励式 Ｐ Ｃ单 Ｆ 元由谐振电感 Ｌ 、 ， 充电电容 Ｃ 和 Ｃ 、 。 ， 输出整流管 Ｖ ｘ Ｄ 和钳位二极管 Ｖ ｓ Ｄ 组成 ， 如图 ６ 所示。 简单工作原理如下： Ｓ 开关 闭合， Ｃ 上的能量 电容 ｂ 图 ３ 基本 Ｂ ｏ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器 ｏｓ ｔ Ｆ 传递给变压器的初级绕组，Ｄ 由于加反压而截止， Ｖｘ 几、 （） １带有再生钳位 的 Ｂ ｏｔ ｏｓ 反激型单级隔离式 Ｃ 和 Ｃ 形成串联谐振， ａ Ｓ 从电源上吸收能量。这期间， 开 Ｐ Ｃ变换器 Ｆ 关不仅承受 Ｐ Ｃ级的电流， Ｆ 而且还承受 Ｄ 江Ｘ 级的电 Ｃ 与最基本的单级隔离式 Ｐ Ｃ Ｆ 变换器相比， 只增加 流。当Ｕ 达到电容 Ｃ 上的电压 Ｕ ， Ｖ ｘ ｍ ｂ ｃ 时 Ｄ 开始导 了再生钳位电容 Ｃ 和二极管 Ｖ 两个元件来构成钳 。 玖 通， Ｌ上储存的能量传递给 瓜。开关断开，ｙ Ｃ 放 Ｃ及 Ｓ 位电路 ， 如图 ４ 所示 ，。 Ｃ 用来钳位开关上电压 ， Ｄ 用 Ｖ ｄ 电，ａ Ｃ 全部放电时， Ｄ 导通，ｙ Ｃ 储存的能量送给 Ｖｓ Ｃ和 Ｓ Ｖ「 磁场能量传送给负载， 磁化电 来阻止 Ｌ ， Ｃ Ｌ和 Ｃ 在开关 Ｓ关断时的谐振。 磁化电感，Ｄ 开始导通， ｋ Ｌ， － 。 ｄ 流降为零后，Ｄ 截止， Ｖ‘ 反向电压 Ｕ 、 ｃ加到 Ｖ ｘ Ｖ ｆ Ｄ 上，Ｄ 钳位电路虽然简单 ， 但它可有效地减小开关应力（ 钳位
致命的弱点： 功率因数低， 一般为０４－０７， ．５ ．５而且其
无功分量基本上为高次谐波 ， 其中三次谐波幅度约为
基波幅度的 ９ ０， ５０五次谐波约为基波幅度的 ７％， ０ 七 次谐波约为基波幅度的４ ０， ５ ｏ九次谐波约为基波幅度 的２０。高次谐波会对系统 自 ５０ 身以及同一系统的其
他电子设备产生恶劣的影响， 如引起 电子设备 的误操
在Ｕ 十 Ｕ 上）通过 Ｃ 与漏感 Ｌ 的谐振再生储存 。 ｎｏ ， 。 ｋ 在变压器漏感中的能量， 免去了损耗能量的缓冲电路。 变换器的功率因数可高于０９， ．９而普通的单级 Ｐ Ｃ变 Ｆ 换器在相同条件中仅为０９左右。Ｔ Ｄ比加缓冲电 ．８ Ｈ 路时降低 ９ ％左右。但这种变换器的开关在关断时应
Ａ ｓ ａ ： ｈ ｌ ｏ ｅｆ ｔ ａ ｅ ｂ ｍ ｘ ｔｉａ ｓｅｅ ｔ ｎｉ ｎｌ ｃｉ － ｄ ｐｗ ｒ ｐ ｔ Ｔ ｅ ｐｗ ｒ ｏ ｖｌ ｐｏｌ ｉｅｉｓ ｌｏｔ ｙ ｄ ｉ ａｓ ｉｈ ｇ ｏｅ ｅｓｐｌ， ｂｔ ｃ ｒｔ ｏ ｗ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｎ ｃ ｕ ｓ ｍ ｖｒ ｒ ｔ ａ ｏ ｗｔ ｎ ｍ ｏ ｕ ｙ ｈ ｅ ｐｗ ｒ ｏ ｉｐｏｅ ｅｔ ｗｔ ｉ － ｏｅ ｅ ｓｐｌ ｉａ ａｓ ｔ ｈｔ ｏ ｏ ａ ｄｍａ Ｔ ｅ ｅ ｅｐｕｄ ｔ ｏ ｅ ｆ ｔ ｍ ｒｖｍ ｎ ｏ ｓ ｉｈ ｇ ｄ ｐｗ ｒ ｐ ｓ ｙ ｂ ｈ ｏ ｐｔ ｃ ｅ ｉ ｈ ｐｐｒ ｏｎｓ ａ ｒ ｃ ｆ ｃ ｎ ｍ ｏ ｕ ｙ ｌ ｗ ｅ ｅ ｓ ｆ ａ ． ａ ｘ ｈ ｅ ｄｖｌ ｅｔ ｏｙ ｓ ｇ ｓ ｇ Ｐ Ｃ ｃｍ ａ ｓ ｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｕｔ ｅ ｈ ｇ ｓ ｇ Ｐ Ｃ ｄ ｍ ｒ ｅ ｓ － ｅｅ ｍ ｎ ｈ ｔ ｏ ｉ ｌ ｔ ｅ ， ｐｒ ｔｅ － ａ Ｐ Ｃ ｃ ｒ ｗｔ ｓ ｌ ｔ ｅ ａ ｅｕ ｅ ｔ ｅ ｏ ｉ ｒ ｆ ｅ ｓ ｎ ａ Ｆ ｏ ｅ ｈ ｗ ｓ ｇ Ｆ ｔ ｕ ｉ ｉ ｅ ｒ ｎ ａ Ｆ ｎ ｎ ａ ｓ ｖ ｅ ｌ ｌｓ ｇ Ｐ Ｃ ｃｉｉｃｍ ｏ ｕｅ Ｉｍ ｋｓ ｒｆ ｕｓ ｎ ｔｅ ｔ ｌ ｏ ｓ ｇ ｓ ｇ ｉ ｕ ｔ Ｐ Ｃ ｒ ｓ ｇ ｔ ｅ ｃ ｕ ｎ ｍ ｎ ． ａｅ ａ ｅ ｄ ｃｓｏ ｏ ｈ ｃｎ ｏ ｐ ｎ ｉ ｌ ｔ ｅ ｌｅ Ｆ ａ ｉ ｅ ｎ ａ Ｆ ｉ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｂｉ ｉ ｉ ｎ ｏ ｒ ｌ ｆ ｅ ｎ ａ ｄ ｓ ａ ｎ ａ ｓ
元器件 ， 节约成本， 提高效率和简化控制等。与传统的 两级电路 比较， 省略了一个 ＭＯ Ｆ Ｔ但增加了一个 ＳＥ 二极管， 另外其控制是一般的 Ｐ ＷＭ 方式， 故相当简 单。为保证高输人功率因数， 输人电感的电流应该采 用 Ｄ Ｍ 方式。１９ ， ｉ ａｄ ｄ 等人提出了一 Ｃ ９４年 Ｒｃ ｒ Ｒ ｌ ｈ ｅ 系列新型单级隔离式功率因数校正变换器， 具有快速 调节输出电压、 只需一个或共同控制的两个开关 、 一个 Ｐ ＷＭ 控制电路和 自动整定线 电流的优点。在 Ｒｃ－ ｉ ｈ ａｄ ｄ之后， ｎＲ ｌ ｅ 许多研究者在此基础上研究出了各种 更完善的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器， Ｆ 在降低储能电容电 压、 减少谐波失真和快速调节输出响应等方面有很大 的改善。功率因数的高低、 谐波 电流 的高低与电感 Ｌｎ ｉ 的大小以及拓扑结构等密切相关， 这就是近几年 来研究单级 Ｐ Ｃ结构的真正出发点。 Ｆ
成 钳位电 限 关 谐振电 有源 路， 制开 上的 压。
这种电路可再生变压器漏感中的能量， 减少电压 应力， 与前面提到的再生钳位电路类似， 但它又增加了 一个辅助开关， 实现了零电压开关， 而主开关和辅助开 关用同一个控制／ 驱动电路。控制电路与没有有源钳 位电路的控制电路相同， 能够采用常用的 Ｐ ＷＭ 控制 芯片来设计。目前带有源钳位和软开关的单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器广泛应用于各种小功率场合。 Ｆ
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通 愧 电冻 ？ ，术
２０ 年 ５ ２ 第 ２ 卷第 ３ ０６ 月 ５日 ３ 期
孙绮敏 等： 单级功率因数校正电路的发展
Ｔ ｌ ｏ Ｐ ｗ ｒ ｃｎｌ ｉ ｅ ｃｍ ｅ Ｔ ｈｏ ｇ ｓ ｅ ｏ ｅ ｏｅ
Ｍａ ２ ， ０ ６ Ｖｏ． Ｎ ． ｙ ２ ０ ， ｌ ２ ｏ ３ ５ ３
近年来， 出现了高功率因数校正集成控制电路芯 片， Ｕ ３５ ， ３５ ， １８８ 功率因数可 如 Ｃ ８４Ｕ Ｃ ８８Ｔ Ａ ６８ 等， Ｃ Ｄ
缓电 冲路曰 ＤＤ欣 ＣＣ ／
图 ２ 两级 Ｐ℃电路结构图 Ｐ
比较图 １ 和图 ２单级隔离式变换器通过控制开 ， 关的通断， 电路同时满足了输人侧高功率因数和输出 侧电压的稳定与快速调节。Ｐ Ｃ单元与 Ｄ ／ Ｃ变换 Ｆ ＣＤ 单元的开关由同一个 Ｐ ＷＭ 控制信号控制， 而双级变
换器的控制电路相互独立。 １２ 单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器的分类 ． Ｆ 单级隔离式 Ｆ Ｐ Ｃ变换器大体上分为串联式和并 联式两种 。 １２１ 串联式单级隔离式 Ｐ Ｃ变换器 ．． Ｆ
ｃ ｏｎｖｅ ｔ ． ｒ ｏｒ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｐ Ｃ Ｄ ／ Ｃ ｎｅｔｂｃｗ ｒ ｅ ｗ ｄ ： ； Ｄ ｃ ｖｒ； ｏｄ ｏ Ｆ Ｃ ｏ ａｋ
０ 引言
开关电源有体积小、 效率高、 功率密度大等优点， 在电源领域占主导地位。但传统的开关电源存在一个
置级 Ｂｏｔ ｏｓ 电路和后随 Ｆｙａｋ 反激） ｌ ｃ（ ｂ 变换器或者 Ｆｒ ａ （ ｏｗ ｒ 正激） ｄ 变换器的 ＭＯ Ｆ Ｔ共用， ＳＥ 提出所谓的 单级 Ｐ Ｃ变换器。 Ｆ 研究单级 Ｐ Ｃ技术的目的是减少 Ｆ