功率因数校正的分析
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.。
功率因数 详细图文分析
------------------------------------------------------------------------一、什么是功率因素补偿，什么是功率因素校正：功率因素补偿：在上世纪五十年代，已经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，提出了改进方法（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电容器，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素补偿（交流电的功率因素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从上世纪80年代起，用电器具大量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；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，引起线路功率因素严重下降。
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。
功率因数调整电费办法要点
功率因数调整电费办法要点功率因数是描述电力系统功率质量的重要指标之一，它代表了有用功与视在功之间的比例关系。
功率因数较低会导致有用功相对减少，视在功相对增加，从而造成供电成本的增加。
为了调整功率因数以降低电费，以下是一些要点。
1.了解功率因数及其影响：理解功率因数是降低电费的关键。
功率因数是描述电路所消耗有用功与视在功之比的值，数值在0至1之间。
当功率因数接近1时，表示电路能够高效利用电能，电费相对较低；而当功率因数较低时，表示电路存在一定的无效功耗，电费相对较高。
2.检测功率因数：通过使用功率因数仪或者电能质量监测仪器来检测电路的功率因数。
这些设备能够将电网的功率因数及质量进行实时监测和记录，帮助用户找到功率因数较低的问题电路。
3.分析原因：发现功率因数较低的电路后，需要进行深入的分析找出原因。
常见的原因可能是电动机的运行、非线性负载的存在、照明设备等。
有针对性地解决每个电路的功率因数问题，很大程度上能降低电费。
4.控制功率因数：通过合理配置电力设备，提高功率因数。
针对存在功率因数问题的电路，可以采取一些措施，如安装功率因数补偿设备、调整电路连线方式、减少无效功耗等。
这些措施有助于提高功率因数，从而减少电费。
5.合理调整负荷：均衡负荷是降低功率因数的一个重要方法。
合理安排和调整各个电路的负荷，不仅可以提高功率因数，还可以优化能源利用效率。
通过调整电气设备的使用和运行状态，使得各个设备的工作时间相对平衡，能够有效提高整个系统的功率因数。
6.加强能源管理：提高功率因数不仅仅依赖于安装补偿装置和调整负荷，更重要的是加强能源管理。
通过对设备的定期维护、保养和优化能源使用计划，能够使得整个系统的功率因数处于相对较高的状态，降低不必要的能量损失。
7.持续监测和优化：功率因数是一个动态的过程，需要进行持续的监测和优化。
定期使用功率因数仪进行检测，及时发现问题并采取相应的措施进行调整。
同时，根据实际的用电情况，优化负荷配置和功率因数补偿设备的工作参数，以实现最优的功率因数。
三相交流电路功率因数及相序的研究误差分析
三相交流电路功率因数及相序的研究误差分析
研究三相交流电路的功率因数和相序时，可能存在误差的来源和分析如下：
1.测量误差：电路中的仪器和测量设备可能存在精度限制或校准不准确的问题，导致测量结果与实际值存在差异。
2.电源质量：电源本身的质量和稳定性可能会对功率因数和相序的测量产生影响。
例如，电源波形的失真、频率的偏差或电压的波动都可能引入误差。
3.负载特性：如果负载对电源的波形和电压响应有不同的特性，例如非线性负载、电感负载或电容负载等，都可能导致功率因数的测量误差。
4.线路损耗：三相电路中的线路损耗可能会导致电压和功率的实际值与理论值有所偏差，进而影响功率因数的准确测量。
5.环境条件：环境温度、湿度等因素，以及电路布线和接地的质量，都可能对测量结果产生一定的影响。
为降低误差，可以采取以下措施：
1.使用高精度的测量设备，并定期进行校准，确保测量结果的准确性。
2.在测试过程中，尽量消除电源的质量问题，如选择稳定、纹波小的电源供电。
3.对于非线性负载或特殊负载，需要根据实际情况进行修正或使用合适的测量方法和设备。
4.在测量功率因数时，可以采用平均功率因数测量方法，通过长时间的测量来减小测量误差。
5.规范线路布线和接地，确保环境条件对测量结果产生的影响尽可能小。
总而言之，准确测量三相交流电路的功率因数和相序需要注意测量误差的来源，并采取相应的措施以提高测量结果的准确性和可靠性。
基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析
基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析张洋，龚春英(南京航空航天大学航空电源重点实验室，江苏南京 210016）1 引言电力电子装置日益广泛的应用，使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。
电力电子技术的进步，使得功率因数校正问题的研究也越来越深入。
传统的功率因数校正电路由Boost电路构成。
这种电路控制复杂，输出电压比输入高，难以实现输入输出的电气隔离。
而由反激电路构成的功率因数校正电路必须工作在电感电流断续的状态，往往需要大体积的EMI滤波器。
而SEPIC电路用于PFC有着其天然优势。
由于其前级类似于Boost，从而可以保证输入电流的连续，减小了输入EMI；而其输出又类似于反激，易于实现电气隔离。
近来，SEPIC-PFC电路正受到越来越多的关注。
[1][2][3][4]单独的SEPIC电路只须工作在电流断续状态就能自然实现PFC，这里所说的断续是指二极管上的电流断续，而输入升压电感上的电流是连续的。
在开环工作状态下其理论功率因数为1，因此，无需专用控制芯片[2]。
2 SEPIC-PFC电路的工作原理SEPIC-PFC电路原理如图1所示，输入交流电压u i=U i sinωt。
假设开关频率比母线频率大得多，由“准稳态”的分析方法及SEPIC电路的工作原理[6]可以知道：电容C c上的电压u cc=U i|sinωt|。
图1 SEPIC-PFC电路在一个开关周期内，电路工作可以分为三个模态[2]。
2.1 工作模态1S开通，电路模态如图2（a）所示，假定电路工作在二极管电流断续，L1电流连续的状态。
S开通前有i L1=－i L2=i1当t on=DT s，S导通结束时，如图2（d）所示，应有i L1,pk=i1＋DT s（1）i L2,pk=－i1＋DT s （2）式中：D为占空比；u i=U i|sinωt|；T s为开关周期；i1，－i1，i L1,pk，i L2,pk分别为S开通前L1，L2上的电流及此模态结束时L1，L2上的电流。
有源功率因数校正电路(APFC)分析
有源功率因数校正电路（APFC）
2. 功率因数
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
设基波电流i1落后Vi，相位差为α，如下图所示。
Vi 、Ii 波形
有源功率因数校正电路（APFC） AC-DC电路输入功率因数与谐波的关系： 定义总谐波畸变（THD）：
I 2 2 I 2 3 I 2 4 .... I 2 n THD 100% I1
由此可见，大量应
用整流电路，要求电网 供给严重畸变的非正弦 电流，造成严重的后果， 谐波电流对电网有危害 作用，并且输入端功率 因数下降。
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
谐波电流对电网的危害 脉冲状的输入电流，含 有大量谐波。右图给出了输 入电流波形及电流谐波频谱 分析，其中电流的三次谐波 分量达77.5%，五次谐波分 量达50.3%，……总的谐波 分量（或称总谐波失真Total Harmonic Distortion，用 THD表示）为95.6%，输入 端功率因数仅有0.683，非常 的低。
输入电流波形及其谐波分量频谱分析
有源功率因数校正电路（APFC）
I 2 2 I 2 3 I 2 4 .... I 2 n THD 100% I1
对AC-DC电路输入端谐波电流的限制 为了减小AC-DC交流电路输入端谐波电流造成的噪 声和对电网产生的谐波“污染”，以保证电网供电质量， 提高电网的可靠性；同时也为了提高输入端功率因数， 已达到节能的效果；必须限制AC-DC电路的输入端谐 波电流分量。
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
1. 平均电流模式 2. 峰值电流模式
一种提高功率因数校正电路动态性能的分析
０ 引 言
为解 决 电力 电子装 置 的谐波 污染 问题 ，采用 功
传统 的Ｐ Ｐ 在 的主 要 问题 是 输 出 电压 动态 性 Ｆ存 能差 。 因为在输 出电压 反馈环 中 的低 通滤 波器 要减 小输入 电流 的总谐波 失真 （Ｈ ） 改善功 率因数 ， ＴＤ和 低 通 滤 波器 的存 在虽然 改 善 了输入 电流 波形 ，但 是导 致 输 出 电压 的动态 性 能较差 。 由于 ＩＣ １ ０ — ～ 的 电磁 兼容 标准 并没有要 求 Ｅ ００３ ２ ６ 输 入 电流一 定 是正弦 ，根据 满足 电磁 兼容标 准 为前 提 的功 率 因数校 正 Ｐ Ｃ Ｆ 电路 ，允 许 输入 电流存 在 一
ｖｏ ｔ ｇ ｅ ｄ ａ ｋ ｌ ｏ ｌａ ｅ ｆ ｅ ｂ ｃ ｏ ｐ，ｂ ｔ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｔｏ ｎ ｕ ｕｒ ｅ ｔ ｕ ａ ｓ ｈ ｉ ｔ ｒ ｉ ｎ ｏｆｔ ｉ ｐ ｔ ｃ ｒ ｎ ．Ｔｈ ｙ ｍ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｏ ｒ ｆ ｃ ｏ ｒ — ｅ ｕ ａ ｏ ｓ ｈｅ ｅ ｄ ｎａ ｃ ｐ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｏｆａ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｐ ｅ ｒ ｇ ｌ ｔ ｒｗａ ａ ｌ ｚ ｄ Ｕｎ ｒ ｔ ｅ ｐｒ ｍ ｉ ｅ ｏ ｅ ｉ ｇ ＥＭ Ｃ ｓａ ｄ ｒ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ｈ ｄ ｔ ｕ ｔ ｒ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｒ ｓ ｎ ｆＰＦＣ ｓ ｓ ｅ ｗａ ｄ— ｎａ ｙ ｅ ． ｄｅ ｈ ｅ ｓ ｆ ｍｅ ｔｎ ｔ ｎ ａ ｄ ， ｈ ｔ ｏ Ｏ ｆ ｒｈｅ ｍ ｒ ｖ ｈ ｙｎ ｍｉ ｅ ｐｏ ｄ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｏｐ ｅ ｔ ｄ． Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｃ ｒｅ ｔ ｎ； ｌ ｇ ｏ ｄ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｇ ｌ ｒ ｒ ｑ ｅ ｃ Ｅ Ｃ ｓａ ｄ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｒｆ ｃ ｏ ｏ ｃ ｉ ｖｏ ｔ ｅｌ ｐ； ｙｎ ｍ ｃｐ ｒｏ ｍａ ｃ ； ｎ ｕ ａ ｅ ｕ ｎ ｙ； Ｍ ｔ ｎ ａ ｄ ｏ ａ ｏ ｆ
功率因数分析
三.功率因数校正实现方法由功率因数 PF=COSO*R=1 可知，要提高功率因数，有两个途径：1.使输入电压、输入电流同相位。
此时COSO=1 ，所以PF= R。
2.使输入电流正弦化。
即Irms=I1（谐波为零），有即；从而实现功率因数校正。
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，所以有的地方又把功率因数校正电路叫做电阻仿真器。
四.有源功率因数校正方法分类1．按有源功率因数校正电路结构分（1）降压式：因噪声大，滤波困难，功率开关管上电压应力大，控制驱动电平浮动，很少被采用。
（2）升/降压式：需用二个功率开关管，有一个功率开关管的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。
（3）反激式：输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采用简单电压型控制，适用于150W 以下功率的应用场合。
（4）升压式（boost）：简单电流型控制，PF值高，总谐波失真（THD）小，效率高，但是输出电压高于输入电压。
适用于75W~2000W功率范围的应用场合，应用最为广泛。
它具有以下优点：1电路中的电感L适用于电流型控制。
2由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器C上保持高电压，所以电容器C体积小、储能大。
3在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数。
4输入电流连续，并且在APFC开关瞬间输入电流小，易于EMI滤波。
5升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性。
UC3854是一种工作于平均电流的的升压型（boost）APFC电路，它的峰值开关电流近似等于输入电流，是目前使用最广泛的APFC电路。
2．按输入电流的控制原理分（1）平均电流型：工作频率固定，输入电流连续（CCM），波形图如图1（a）所示。
TI的UC3854就工作在平均电流控制方式。
这种控制方式的优点是：1恒频控制。
2工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。
功率因数校正芯片的分析与优化设计
功率因数校正芯片的分析与优化设计随着电力需求的增长和能源的日益稀缺，提高能源利用率成为了当今社会亟待解决的问题。
功率因数校正技术因其能够提高电源的效率和减少能量损耗而备受关注。
功率因数校正芯片作为实现功率因数校正技术的关键组成部分，其分析与优化设计显得尤为重要。
首先，我们来分析功率因数校正芯片的工作原理。
功率因数校正芯片主要根据电源输入电流的波形来判断负载的功率因数，并通过控制电路中的开关器件来改变输入电流的波形，从而实现功率因数的校正。
通过引入电感和电容等元件，功率因数校正芯片能够将电源输入电流的波形变得更加接近正弦波，从而提高功率因数。
接下来，我们需要对功率因数校正芯片进行优化设计。
首先，需要考虑功率因数校正芯片的集成度和功耗。
集成度的提高能够减小芯片的体积，降低制造成本，并提高工作效率。
而功耗的降低则能够减少能量损耗，提高整个电源系统的效率。
其次，需要考虑功率因数校正芯片的稳定性和可靠性。
稳定性的提高能够保证芯片在不同负载条件下都能正常工作，而可靠性的提高则能够延长芯片的使用寿命。
在进行功率因数校正芯片的优化设计时，还需要考虑到实际应用中的一些特殊要求。
例如，对于工业领域来说，功率因数校正芯片需要具备较高的抗干扰能力和稳定性，以应对复杂的电磁环境和负载波动。
而对于家用电器来说，功率因数校正芯片需要具备低成本、小体积和低功耗的特点，以方便集成到各类电器中。
综上所述，功率因数校正芯片的分析与优化设计是提高电源效率、降低能量损耗的关键环节。
通过分析功率因数校正芯片的工作原理，我们可以了解其基本原理和实现方式。
在优化设计中，需要考虑到集成度、功耗、稳定性和可靠性等因素，并根据实际应用的特殊要求进行相应的调整。
只有不断完善功率因数校正芯片的设计，才能更好地满足不同领域的需求，实现能源的高效利用。
有源功率因数校正技术及控制方式分析
个电流控制环，它是一个２型控制系统．按照控制
理论，２型系统可以无差地跟踪斜坡信号，由于正 弦波信号变化比斜坡信号慢，所以２型系统也可 以无差地跟踪正弦波信号． 电流控制环的作用是使输入电流无差地跟踪 输入电压的波形，让输人电流与输人电压具有同 相的正弦波波形，以达到功率因数校正的目的．双
即有源功率因数校正电路工作原理有源功率因数校正电路流器和负载之间接入一个开关变换器应用电压电流反馈技术使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形从而使输入电流的波形也接近正弦波以达到提高功率因数的目的由于在此电路中使用了有源器件所以称为有源功率因数校正电路该电路的基本思想是交流输入电压经全波整流后对所得的全波整流电压进行变换通过适当控制使输入电流波形自动跟随全波整流后的电压波形达到输入电流的正弦化同时保持输出电压稳定是在整有源功率因数校正电路一般都是一个双闭环控制系统外环是一个电压控制环它是一个型控制系统按照控制理论型系统可以无差地跟踪阶跃信号只要输入一个不变的参考电压就可以得到一个稳定不变的输出电压电压控制环的作用是使输出保持一个高于输入电压最高峰值的稳定电压这是功率因数校正所必需的内环是一个电流控制环它是一个型控制系统按照控制理论型系统可以无差地跟踪斜坡信号由于正弦波信号变化比斜坡信号慢所以型系统也可以无差地跟踪正弦波信号电流控制环的作用是使输入电流无差地跟踪输入电压的波形让输入电流与输入电压具有同相的正弦波波形以达到功率因数校正的目的双上海电力学院学报年闭环控制的效果是使输入电流与输入电压呈同相的正弦波输出一个高于输入电压最大峰值的稳定直流电压这个稳定的直流为后级变换电路提供直流能量有源功率因数校正原理如图所示图有源功率因数校正原理图中主电路采用变换电路外环是一个电压误差放大器和一个模拟乘法器内环是驱动电路和电流比较器调节器采用电压电流双闭环控制方式电流反馈网络的取样信号是升压变换器的电感电流电压反馈网络的取样信号是调节器的输出电压该电路的工作原理如下单相交流电经过整流后得到单相双半波正弦电压信号此电压波形作为功率因数校正控制器的输入电流的参考波形输入到模拟乘法器为了保证输出电压恒定将输出电压通过电压反馈网络也引入乘法器经过乘法器运算后其结果作为电流波形的参考值并与实际取样的电流值进行比较然后通过驱动电路产生的驱动信号控制变换器的输出电流和电压由于采用了闭环控制将变换器的实际电流通过反馈网络引入电流比较器从而保证了变换器的电流能够准确跟踪乘法运算所规定的电流值有源功率因数校正方法分类根据有源功率因数校正拓扑分类有源功率因数校正电路按照其校正拓扑可分为降压式升降压式反激式和升压式其中降压式因噪音大滤波难以及功率开关管上电压应力大控制驱动电平浮动而极少被采用升降压式需要有一个功率开关管的驱动控制信号浮动电路复杂因而也
基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析(精)
基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析1引言电力电子装置日益广泛的应用，使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。
电力电子技术的进步，使得功率因数校正问题的研究也越来越深入。
传统的功率因数校正电路由Boost电路构成。
这种电路控制复杂，输出电压比输入高，难以实现输入输出的电气隔离。
而由反激电路构成的功率因数校正电路必须工作在电感电流断续的状态，往往需要大体积的EMI滤波器。
而SEPIC 电路用于PFC有着其天然优势。
由于其前级类似于Boost，从而可以保证输1 引言电力电子装置日益广泛的应用，使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。
电力电子技术的进步，使得功率因数校正问题的研究也越来越深入。
传统的功率因数校正电路由Boost电路构成。
这种电路控制复杂，输出电压比输入高，难以实现输入输出的电气隔离。
而由反激电路构成的功率因数校正电路必须工作在电感电流断续的状态，往往需要大体积的EMI滤波器。
而SEPIC 电路用于PFC有着其天然优势。
由于其前级类似于Boost，从而可以保证输入电流的连续，减小了输入EMI；而其输出又类似于反激，易于实现电气隔离。
近来，SEPIC-PFC电路正受到越来越多的关注。
[1][2][3][4]单独的SEPIC电路只须工作在电流断续状态就能自然实现PFC，这里所说的断续是指二极管上的电流断续，而输入升压电感上的电流是连续的。
在开环工作状态下其理论功率因数为1，因此，无需专用控制芯片[2]。
2 SEPIC-PFC电路的工作原理SEPIC-PFC电路原理如图1所示，输入交流电压u i=U i sinωt。
假设开关频率比母线频率大得多，由“准稳态”的分析方法及SEPIC电路的工作原理[6]可以知道：电容C c上的电压u cc=U i|sinωt|。
图1 SEPIC-PFC电路在一个开关周期内，电路工作可以分为三个模态[2]。
2.1 工作模态1S开通，电路模态如图2（a）所示，假定电路工作在二极管电流断续，L1电流连续的状态。
某电力公司功率因数改善对策分析与实施
学校代码：10128工程领域：电气工程学号：20151200140工程硕士专业学位论文开题报告姓名：岳娟论文题目：某电力公司功率因数改善对策分析与实施学校导师：栗文义教授校外导师：杜亦伦高级工程师内蒙古工业大学研究生处2018年7 月 4 日开题报告要求一、查阅国内外文献资料至少30篇（至少有5篇以上外文文献）；二、详述选题目的和意义、工程背景、国内外发展动态、经济价值及预期成果；三、简述论文要解决的问题和拟采用的途径、实验设计方案与论文完成计划；四、由工程硕士在本人所属工程领域的学院组织的开题报告会上进行报告，并接受质询；五、由导师和工程领域领导小组（由主管院长、导师等3-5人组成）或学院学位评定分委员会对开题报告做出评价。
序号试验项目标准条款1 运行模式试验8.82 恒无功控制试验8.8.13 电压控制试验8.8.24 无功功率补偿控制试验8.8.35 功率因数补偿控制试验8.8.46 谐波补偿控制试验8.8.57 不平衡补偿控制试验8.8.68 电流补偿控制试验8.8.79 运行性能试验8.910 正常工作电压范围测试8.9.111 响应时间测试8.9.212 无功调节测试8.9.313 过载能力测试8.9.414 谐波特性测试8.9.5从试验项目可以看出，性能试验是试验的核心部分项目，主要验证产品的电气性能指标是否达标，该部分试验的结果可以直接说明产品研发的质量以及无功补偿能力。
SVG性能试验主要分为运行模式试验以及运行性能试验两大类，具体介绍如下：运行模式试验：该类试验项目主要验证SVG的各运行模式是否正确动作，是否能及时响应并输出试验所规定的参数（容性无功、感性无功以及特定的输出波形）。
该类试验结果决定了SVG无功补偿性能的高低，其中无功功率控制试验以及功率因数补偿控制试验可以直观的体现出SVG的性能。
该类试验主要通过无功源发无功的方式检测SVG的补偿效果，高性能的SVG可以充分吸收无功对其进行补偿，而不达标的SVG则会给试验系统内留有部分无功需要系统自身进行就地补偿。
一种单周期控制的有源功率因数校正电路分析
通 ２０ ０ ２年 ８ 月 第 ４期
信
电
源
技
术
１ ７
Ｔｅｅｏｍ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇｅ ｌｃ Ｐｏ ｒＴｅｈ ｏｏ ｉｓ
一
种 单 周 期 控 制 的 有 源 功 率 因 数 校 正 电 路 分 析
Ａ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｔ ｏｒｃ ｒ ｉ ｎ —Ｃ ｃ ｏｔ ｌ ｔｏ ｃ ｖ ｗ ｒ ｃ ｒ ｒ ｔ Ｉ Ｏ ｅ ｙｌ Ｃ ｎｒ ｈ ｄ ｉ Ｐ Ｆ ｏ Ｃ ｅ ｏｗ ｈ ｅ ｏ Ｍｅ
摘
要
分析 了一种 单周 期控 制 的 有 源功 率 因数校 正 电路 ， 出 了设 计 过程 和仿 真 结 果 。 给 单周 期控 制 有 源功 率 因数 校 正
ＴＮ １ ７０
关键 词
分 类号
仿 真
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｎ ｏ ｅ—ｃ ｃｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ａ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｃ ｒｅ ｔ ｒｉ ｎ ｌ ｚ ｄ ｓｒ ｃ ｎ ｙ ｌ ｏ ｔｏｌ ｃ ｉ ｏ ｒｆ ｃ ｏ ｏ ｒ ｃ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｅ ｖ ｓ ｅ ｄ ｓｇ ｒ ｃ ｓ
． ．
由 上 述 推 导 过 程 可 以 看 出 ， 据 已 知 条 件 根 Ｕ ， 。ｆ Ｕ ， 和 Ｒ， 以求 出 等效 电 阻 Ｒ ， 根 据 可 再
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一２ Ｕ Ｌ Ｕ ｄ Ｊ ｓ ¨
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一
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式 （２合 理 设 置 １ Ｒ ， ， ２和 ， 可 以按 １） ， ２ Ｃ１Ｃ 就
ｌ ８
通
信
电
源
技
术
Ｆ ， ｔ ｌ ， 降 当 ＝ｄ Ｔ 时 电流 降为 ０ 。
功率因数校正器芯片电路UC3854的分析
（ｎｔｕｅｏ ｃｍ ｅｔ ｎｃＴ ｃ ｌ ｙａ ｄ ” Ｄｅｒｎ－ ＾ ａ ｇＵｎｏｒｉ ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ Ｚ ｅｚｎ １０ ７ Ｐ Ｒ． ｈｎ ） Ｉ ｓｔｔ ｆＭｉｒ ｌｃ ｏ ｔ ｅｌ ｏ ｎ 州 Ｅ ｔ ｒ ｍｏ ｇ ｓ ｇ ｚ ｎ ｆｅｓｙ ｔ ｎ ｚ ｏ ． ｈｌ ｇ ３ ０２ Ｃ ａ ａｅ ｏ ｈ ｗｉｃ ｉ ｇ ｔ ａ ｓ ｔ ｒ ｉ ｈ ｉ ｕ ｔ ｂ ｕ ｐ ｔｉ ｇ ａ ｓ ｒ ｓ ｏ Ｗ Ｍ ８ ４ ｃ ｎ ｒ ［ ｈ ｔ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｎ ｒ ｎ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃｒ ｉ ｙ ｏ ｔ ｕ ｔ ｅ ｉ ｆ Ｐ ｓ ｃ ｎ ｅ （ ｕｓ ｉｔ Ｐ ｌｅ Ｗ ｄ ｈ
１ 引 言
为 提高 线 性 稳压 器 电源 的 效率 ， 应现 代 电子 适
设 备多功 能和 小型化 ， 开关 电源 电路 应运而 生 开 但 关 电源的 电路 结 构使得 电网 的功 率 因数下 降 （ 只有 ０ ６ 左右 ） 同时 又使 输 电线 上损 耗 增加 ， 费 了大 ．５ ， 浪 量 电能 。 为此 ， 开 关 电源 输入级插 入功 率 因数 校正 在 网络 ， 以利 于 提 高 电 网质量 。 ＵＣ３ ５ 高 功 率 因数 校 ８４ 正 器就是其 中一种 。
Ｉ一￣Ｉ＋ ＋… Ｒ ／｛
式 中 ， 是 电网有 效 值 ， 是 电网 有效 值 ， 是 基 波 电流有 效值 ， －Ｉ ／ 电网 电流交流 失真 因数 ， ＇ ｝ ｚ 是 ｃ ｓ ＂ 基波 电压 和 基波 电流 的相 移 因数 ， ｏｇ 是 因此 ， 功 率 因 数 Ｐ 又可 定 义 为 失真 因 数 与 相 移 因数 之 乘 Ｆ 积 。 统的 Ｐ 传 Ｆ是 假 设输 入 电流无 谐 波时 ＋ Ｙ ， 即 一１ 或 Ｉ —Ｉ ， 上式变 为 Ｐ Ｌ Ｒ故 Ｆ—ｃｓ， ｏ 。 ｘ ／ ＂ 现 在 ， 开关 电源 整 流 滤波 的 输 入 电流有 效 值 经 （ 其波形是 只在 输入 电压峰 值处 才 出现的 窄脉 冲 ） 等 于基 波与 各 次谐波 之 和 （ 谐波 平 方 和之 平方 根 ） 各 。 实际上 ， 在输 入 电流中 只有基波 电流才做 功 ， 其 它 而 各次 谐 波 的平均 功 率 为零 ＋ 同时 ， Ｆ随输 入 的 滤 波 Ｐ 电容量 的增 加而 下降 。 通 过功 率因数 校正 网络 可使 电源输 入 电流实现 正弦 渡 ， 与输 入 电压 保持 同 相 。 就是 说 ＋ 并 也 正弦 化
改善功率因数实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除改善功率因数实验报告篇一：功率因数提高实验报告功率因数提高一、实验目的1、了解荧光灯的结构及工作原理。
2、掌握对感性负载提高功率的方法及意义。
二、实验原理荧光灯管A，镇流器L，启动器s组成，当接通电源后，启动器内发生辉放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触电断开，这是镇流器感应出高电压加在灯管两端使荧光灯管放电，产生大量紫外线，灯管同壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，荧光灯就开始正常的工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路和开端电路。
伏在功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。
为了提高功率因数，一般最常用的方法是在伏在两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。
三、实验内容1、按图二接线，经老师检查无误，开启电源。
2、用交流电压表测总电压u，镇流电路两端电压ul及灯管两端电压uA，用交流电流表测总电流I，灯光支路电流Ia及电容支路电流Ic，用功率表测其功率p。
四、实验结论随着功率因数的提高，负载电流明显降低。
五、实验心得1注意电容值，以免接入大电容时，电流过大。
2不能带电操作。
篇二：改善功率因数的实验(华电版)华北电力大学实验报告实验名称：改善功率因数的实验课程名称：专业班级：学生姓名：学号：成绩：指导教师：实验日期：20XX.11.12篇三：电路基础实验报告日光灯功率因素改善实验实验题目:日光灯电路改善功率因数实验一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理及提高功率因数的方法；2、通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会电工电子电力拖动实验装置；3、学会日光灯的接线方法。
二、实验原理用p、s、I、V分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。
按定义电路的功率因数cos??pp?。
由此可见，在电源电压且电路的有功功sIu率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源（或供电设备）的容量s就越少。
单相电源功率因数校正电路的分析与改进
维普资讯
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★ 技术 与应 用 单相 电源功率因数校正电路的分析与改进 ——
图 １ 改进的 Ａ Ｆ Ｐ Ｃ电路 图（ 线框 中为 改进 部 分 即信 号 检 测 及控 制 电路 ） 虚
是 ： ＭＯ 当 Ｓ管 关 断 以后 ， 压 电感 中的 能 量 通 过 升 二极 管 释放 给输 出电容 ，所 以二 极 管 中的 电流 即 是 升压 电感 的 电流 ，电感 两 端 电压 为输 入 电压 与 输 出直流 电压 之差 。当电感 中能量 释放 完 以后 ， 二
在高压大电流场合 ，如果在二极管还在正 向 导通 电流的时候 ， 突然施加反 向高压 ， 将会有很大
的反 向恢 复 电流 流动 ， 生较 大 的功耗 ， 响 电路 产 影
பைடு நூலகம்
的可靠性和效率 。因此在连续模式 Ａ Ｆ Ｐ Ｃ电路中
必须 使用具 有极 短反 向恢 复 时间 ｔ 的二极管 。对 于 临界 断续 模式 Ａ Ｆ Ｐ Ｃ来 说 ， 由于 功率 ＭＯ Ｓ管 是
关键词 ： 率 因数 校 正 ；Ｌ５ １ 压振 荡 功 ６６ ；过
Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｉ ｐ ｏ ｅ ｎ ｆＳ ｎ ｌ ａ ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｍ ｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ｉ ｇ ｅＰｈ ｓ Ｐｏ ｒ Ｆ ｃ ｏ ｒ ｅ ｔ ｒ Ｃｉｃ ｉ ｗｅ ａ ｔ ｒ Ｃｏ ｒ ｃ ｏ ｒ ｕ ｔ
单相电源功率因数校正电路的分析与改进
丁九 良 ， 施 国勇 曹箫洪 ，
（ ． 海 交通 大 学 微 电子 学 院 ， 上 海 １ 上 ２０ ３ ） ０ ０ ０
（． 浦 照明 电子 全球 研发 中心 ， 上 海 ２飞利
２ ０３ ） ０２ ３
摘 要： 论述了以 Ｓ Ｔ公 司的 Ｌ ５ １ ６６ 芯片构成的临界导通模式有源功率因数校正的原理， 分析了其 在过 压情 况下 的缺 陷 ， 并提 出 了一种 改进 的 电路 。
功率因数校正之分析
功率因数校正之分析
一、什么是功率因数校正
功率因数校正（Power Factor Correction）是指一种技术，其目的是使用技术将电气系统中的负载理论上的实际功率与有功功率之间的差异进行调整，以实现高效的运行。
功率因数校正有助于减少电气系统中的损耗，改善电气系统的运行效率，并降低电力用户的电力费用。
二、功率因数校正原理
根据电力系统中电压和电流的相位关系，有功功率和无功功率可根据下列公式计算：
P=V*I*cosφ
Q=V*I*sinφ
其中P为有功功率，Q为无功功率，V为电压，I为电流，φ为其间的相位差。
因此，当有功功率和无功功率之比不足时，则实际的功率负载与有功功率之间的差异会导致功率因数降低，此时，应采取功率因数校正，即增加无功功率，以使功率因数接近于1
1、电力系统中的电压和电流不再相正交；
2、增大电力系统中的无功功率，以使功率因数接近于1；
3、减少电力系统中的有功功率损耗；
4、改善电力系统的运行效率，减少电力消耗；
5、降低用户的电费；。
功率因数详细图文分析
一、什么是功率因素补偿，什么是功率因素校正：功率因素补偿：在上世纪五十年代，已经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，提出了改进方法（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电容器，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 4.75疔的电容器）。
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素补偿（交流电的功率因素可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cos©表示）。
电压波形电流波形图1在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形从上世纪80年代起，用电器具大量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；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，引起线路功率因素严重下降。
在正半个周期内（180o）,整流二极管的导通角大大小于1800,甚至只有30旷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。
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τ = (2r + R)C
由于二极管的正向电阻 r 和交流电源内阻 R 很小, r 很小. 故 滤波电容 C 很快 被充电到交流输入电压的峰值,当交流电源输入电压小于滤波电容 C 的端电压时, Dl,D3 就处于截止状态;同理,可 分析负半周 D2,D4 的工作情况.由 分析不难看出, 当电路达到稳态后, 在交流输入电压的一个周期内二极 管导通时间很短,输入电流波形畸 变为幅度很大的窄脉冲电流(图 2). 由上图可分析出,这种畸变的 电流含有丰富的谐波成分,严重影 响电器设备的功率因数.由理论推
五,直流反馈式整流滤波电路,高频反馈式整流滤波电路 略.
有源功率因数校正(PFC)电路的发展 有源功率因数校正(PFC)电路的发展 (PFC)
APFC 一般采用升压式,是由于其输入电流容易连续.在电力电子技术及电子仪 器仪表中,从 220V 交流电网通过非控整流获得直流电压得到普遍使用.由于整流 器件工作时,导通角小于 180 度,因此引起输入电流波形严重畸变,含有大量谐 波,使输入电路的功率因素不到 0.7,对电网和其它用电设备危害很大.为了减 少这种危害,在整流滤波电路中增加功率因素校正电路已被普遍采用.从功率因 素(PF),功率因素(PF)与总电流谐波畸变(THD:Total Harmonic Distortion)的 关系出发,提出提高功率因数和效率的方法: 一是就最大限度地抑制输入电流的波形畸变,使 THD 值达到最小; 二是尽可能地使电流基波与电压基波之间的相位差趋于零,使余弦值 等于 1, 从而实现功率因素校正. 利用功率因素校正技术,可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形 的变化,使输入电流呈纯正正弦波,并且和输入电压同相位.
三,两级功率校正优化——直接功率转换
由于受各种器件的限制,现在又提出了直接功率转换(DPT)技术的单级PFC, AC—DC 变换器,并进行了深入的分析和综合.应用DPT技术不仅可以有效地降低 单级PFC AC—DC变换器的直流母线电压.也较大地提高了效率.使其在小功率的 应用中具有更大的前景. 应用功率因数校正(PFC)技术可以降低AC-DC变换器中的电流谐波含量,提高 其功率因数,减少对交流电网的谐波污染.比较成熟且广泛应用的是两级方案: PFC级后接DC-DC级.尽管两级方案具有高功率因数,输出电压的快速调节和适合 于各种功率应用等良好性能,但对小功率应用来说,它却存在着电路复杂,体积 大,成本高等缺点.近年来把PFC级和DC-DC级集成在一起的单级PFC AC—DC变换 器得到了很快的发展,其目的是要简化AC-DC变换器复杂的电路来降低成本.单级 PFC AC-DC变换器使PFC级和DC-DC级共用一个功率开关管,一套控制电路控制其输 出电压,在PFC级和DC-DC级之间用一个储能电容来存储输入和输出瞬时功率不平 衡的能量,使其不仅能够整形输入电流,使电流谐波含量满足IEC1000-3-2的国际 标准,同时还能对输出电压进行快速调节.由于单级PFC AC-DC 变换器本身结构 和其工作的特点,它还存在着以下的问题: (1)直流母线电压过高. (2)转换效率不高. 应用直接功率转换(DFF)技术使此类变换器部分输入功率直接(一次)传递到 输出端,而剩余的存储在PFC级电感中的输入功率才被传递到储能电容中,或使储 能电容电压被箝位,这样不仅被重复传递的输入功率减少了,变换器的效率提高 了, 而且降低了储能电容的电压和开关器件的电压应力, 即有效解决了单级PFC AC —DC变换器存在的上述问题.对直接功率转换(DFF)技术提出的下列几种拓扑:
方案优点:原理,结构简单,成本低,效率较高. 方案缺点:整流桥导通时的冲击电流比 C 整流滤波电路小,功率因数低,谐波 成分多. 三, LC 谐振式整流滤波电路 如图所示,将 Lr 和 Cr 的谐振点设置在基波三倍频处,对谐波的抑制起到了一 定的作用
方案优点:原理,结构简单,成本较低,效率较高. 方案缺点:整流桥导通时的冲击电流比 C 整流滤波电路小,功率因数低,谐波 成分相对少. 四,逐流式(填谷)整流滤波电路 图5是一种由电容, 二极管组成的无源功率因数校正(PPFC)电路, 其中Ll, L2, Cl,C2组成复式滤波电路 Dl--D4为桥式整流电路,D5,D6,D7,C3,C4组成PPFC 电路.
Boost拓Biblioteka 结构的PFC电路工作原理:输出电压与参考电压比较后经电压环控制器得到输出值,并与输入整流后的 电压值相乘,得到电流基准信号.输入电流与基准信号比较后经电流环控制器, 其输出信号再通过PWM发生器产生控制信号来控制开关管的通断. 因为控制信号是 占空比周期性变化的信号, 所以得到的输入电流波形跟随输入电压整流后的波形, 当开关频率比输入电压频率高得多时, 输入电流具有与输入电压相同的电压波形. 一,单级功率校正——峰值电流控制
通过分析升压式有源功率校正APFC电路的基本原理,用UC3854搭建了APFC电 路,在APFC控制过程中,基于UC3854的固定频率平均电流型控制APFC电路能有效 地抑制输入电流波形畸变,使输入电流完全跟踪输入电压的变化,并且输出电压 稳定,因此在实用中得到了广泛应用. 二,两级功率校正 由于单级DC-DC校正电路虽容易实现,但是它有控制复杂等不可克服的缺点, 故提出了两级功率校正.利用TOPswitch很容易实现两级结构的有源功率因数校 正.电路由TOPswitch构成的PFC电路和自激式半桥逆变电路组成.通过对其工作 原理进行详细分析,给出了电路参数和设计方法.该有源功率因数校正无需额外 的控制电路和辅助电源.因此具有结构简单,成本低,性能好等特点.传统电感 式功率因数校正具有效率低,重量大,闪烁严重,噪音大,功率因数低等缺点, 使其不能满足人们对供电质量的要求.由于单级PFC功率因数校正器使用的器件 少,成本低,因此已成为目前的研究热点.但是,单级结构中,因PFC整流部分和 逆变部分通常共用一个开关,使得两者之间有一定的耦合关系,给一些参数计算 带来不便,并且在这种结构下,直流母线电压随着电网电压的波动而波动,这会 造成负载工作点的变化.严重时可能使负载无法正常工作.在单级自激式功率因 数校正器中,直流电压的变化会引起工作频率的变化,使升压电感值的确定较为 困难.因此,单级结构的有源功率因数校正通常采用它激式,以保证工作频率的 固定,这样会使控制电路复杂,成本增加.而两级自激式功率因数校正器,无需 额外的控制集成电路和控制电源,所以具有结构简单,器件少,成本低,功率因 数高等优点,并且直流电压稳定,不受电网电压波动的影响,容易设计谐振参数, 以保证负载工作在稳定工作点,具有很大的应用价值.
功率因数校正浅析 功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标.功率因数低的电器设备,不 仅不利于电网传输功率的充分利用,而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量 较高,实践证明,较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰,影响其它 用电设备的安全经济运行.如对发电机和变压器产生附加功率损耗,对继电器, 自动保护装置,电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差.因此. 防止和减小电流谐波对电网的污染,抑制电磁干扰,已成为全球性普遍关注的问 题.国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性 的要求,世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准. 随着减小谐波标准的广泛应用,更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC) 功能.设计人员面对着实现适当的PFC段,并同时满足其它高效能标准的要求及客 户预期成本的艰巨任务.许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现,有助设计人员优化 其特定应用要求的设计. 在电源的设计中,APFC一般是优先考虑的校正方法.作为设计人员,大致从 以下几个方面对APFC进行考虑: 一,拓扑选择的一般方法 由于输入端存在电感,升压转换器是提供高功率因数的方法.此电感使输入 电流整形与线路电压同相.但是,可以采用不同的方案来控制电感电流的瞬时值, 以获得功率因数校正. a.临界导电模式(CRM)PFC——由于控制的设计较为简单,而且可与较低速升压二 极管配合使用,所以在较低功率应用中通常采用此方法. b.不连续导电模式(DCM)PFC——此创新的方案延承了CRM 的优点,并消除了若干 限制. c.连续导电模式(CCM)PFC——由于这种方案恒频且峰值电流较小,是较高功率 (>250 W)应用的首选方案.但是,传统的控制解决方案较为复杂,牵涉到多个环 路,以及以不精确著称的模拟乘法器,并需在控制集成电路周围放许多元件. 二,选择标准 1, 功率水平 a.如果功率水平低于150 W,最好采用CRM或DCM方案.至于CRM 或DCM,取决于你
无源功率因数校正的发展: 无源功率因数校正的发展:
一般二极管整流电路存在许多问题, 一般采用六种无源功率因数校正:C 整流 滤波电路, LC 整流滤波电路, LC 谐振式整流滤波电路,逐流式(填谷)整流滤 波电路,直流反馈式整流滤波电路,高频反馈式整流滤波电路. 一, C 整流滤波电路 此种电路在前面做过详细的分析,这里不做过多的介绍,仅作简单分析. 方案优点:原理,结构简单,成本最低,效率较高. 方案缺点:整流桥导通时的冲击电流大,功率因数低,谐波成分多. 二, LC 整流滤波电路 由于电感 L 对电流的缓冲作用,使整流桥的导通角增大,从而改善了功率因 数. LC 整流滤波电路的两种形式:
是想优化满载效率,采用CRM;而如欲减少EMI问题,选择DCM. b.如功率水平高于250W,CCM是首选方案.此方案虽然可保持峰值电流和有效值 电流,但必须解决二极管反向恢复问题. c.如功率水平在150W 与250w之间,方案的选择则取决于设计人员的磁件设计水 平. d.如果功率在几kw之上,则采用可控整流电路代替不控整流电路,控制方法采用 pwm整流,以实现功率因数的矫正. 2, 其它系统要求:拓扑的选择还以满足各种高能效标准.例如,如果需要使系 统中的频率同步,则不能采用CRM.此外,如果第二个功率段可处理较大范围(在 某些功率序列安排中可能需要)的输入电压,则应选择跟随升压.
功率因数的限制因数: 功率因数的限制因数:
为什么在一般的电路中功率因数较低呢?有很多因数的影响. 其中影响功率因数 的主要原因是这些电器的整流电源普遍采用的电容滤波型桥式整流电路(图 1). 这种电路的基本工作过程是:在交 流输入电压的正半周,D1,D3导通,交 流电压通过Dl,D3对滤波电容C充电, 若Dl,D3的正向电阻用r表示,交流电 源内阻用R表示,则充电时间常数可近 似表示为: