开关电源功率因数校正电路原理说明
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。
功率校正pfc原理说明
有源功率因数校正（APFC）原理说明APFC 基本电路就是一种开关电源，但它与传统的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 。
本次设计采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM），基于功率因数校正芯片UC3854设计的。
主电路由二极管桥式整流电路与Boost升压型DC-DC变换器组成，控制电路主要由UC3854芯片组成，包括基准电压Ur、电压误差放大器V A、电路误差放大器CA、乘法器M、脉宽调制器PWM及驱动器。
具体工作过程为：输入电压Uo与基准电压Ur比较后，误差信号经过误差发达器放大后送入乘法器，与全波整流电压取样信号共同送到乘法器输入端，相乘后形成基波电流信号输出，基波电流信号与电流反馈信号经电流误差放大器CA相比较后输出信号，再与锯齿波信号相比较后形成PWM信号驱动功率开关管VT工作。
由于全波整流电压信号Udc为双半波正弦信号，稳定时电压误差放大器输出信号恒定，所以乘法器输出的基准电流信号波形和二极管桥式整流输出电压信号一致，也是双半波正弦信号，与高频的锯齿波信号比较后形成高频的PWM信号驱动开关管VT,可以迫使电感电流信号即输入电流信号在每个周期内按正弦规律变化，且与电路输入电压信号同相位，从而使输入电流跟踪输入电压，尽可能消除电流与电压的相位差，从而实现功率校正，提高功率因数，使功率因数近似为1。
采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM）的原因:Boost 升压型变换器具有电感电流连续、储能电感能抑制RFI 和E．MI 噪声、流波形失真小、输出功率大及驱动电路简单等优点，因此常被用来作为有源功率因数正主电路拓扑。
平均电流控制法（CCM）：CCM 采用乘法器方法来实现APFC，其电路相对复杂，但工作频率固定，电感电流连续，开关管电流有效值小、EMI 滤波器体积小、输入电流波形失真小。
电器开关原理剖析：开关的电力因数改善与功率因数校正
电器开关原理剖析：开关的电力因数改善与功率因数校正电器开关是电路中常见的组件之一，广泛应用于各个领域中。
在电器开关的使用过程中，电力因数的改善与功率因数的校正是非常重要的问题。
本文将从电器开关的基本原理、电力因数和功率因数的概念入手，分析电器开关的电力因数改善与功率因数校正的方法。
电器开关的基本原理是通过控制电路中导电部件的连接状态，实现电器的开关功能。
电器开关一般由两个导电部件组成，一个是触点，用于接通或断开电路；另一个是控制部件，用于控制触点的状态。
可以将电器开关比喻为一把大门，只有打开或关闭大门，电流才能流通或中断。
电力因数是指交流电路中实际功率和视在功率的比值，它反映了电路中非电阻性负载的耗能状况。
电力因数的改善可以有效提高电路的能效性能，减小感性、容性负载对电网的负荷。
而功率因数是指交流电路中有功功率和视在功率的比值，它反映了交流电路中的负载对电网产生的有益负荷。
功率因数的校正可以减小无功功率的损耗，提高能源利用效率。
电力因数改善的方法主要有两种，一种是通过合理设计电路，减小导致电力因数下降的因素；另一种是通过添加补偿装置，对负载进行补偿。
在电器开关中，可以采用后一种方法进行电力因数改善。
常见的补偿装置有电容器、电感器和无功功率补偿装置。
电容器是一种具有电容的器件，它可以储存电荷并在电路中释放。
在电器开关电路中，通过并联连接电容器，可以在交流电路中增加电容性负载，从而提高电路的电力因数。
电感器是由一定数量的线圈或线圈组合构成的电感元件，通过串联连接电感器，可以在交流电路中增加电感性负载，从而改善电路的电力因数。
功率因数校正的方法也有两种，一种是通过改变负载的性质来调整功率因数；另一种是通过添加功率因数校正装置来实现校正。
对于电器开关来说，常用的功率因数校正装置有静态无功功率补偿装置和动态无功功率补偿装置。
静态无功功率补偿装置通过电容器和电感器的组合，自动补偿电路中的无功功率，从而改善功率因数。
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）。
功率因数校正原理及相关IC
功率因数校正原理及相关IC1概述近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。
这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。
在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。
作为限制标准，IEC发布了IEC1000 3 2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。
为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。
2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。
这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：I=(1) 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。
谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion)：THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。
脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。
它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如：——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等；——引起电话网噪音；——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭；——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。
功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。
没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。
设电容输入型电路的输入电压e为：e(t)=Em·sinω0t(3)图1电容输入型电路图2电容输入型电路的输入电流,5A/DIV图3输入电压波形发生畸变入电流i为：i(t)=Imk·sin(kω0t)(4)则有效功率Pac为：Pac=e(t)·i(t)dt=Em·Im1/2=E·I1而视在功率Pap为：Pap=E·I因此：PF=Pac/Pap=I1/I=(5)电流波形为图2的电源功率因数只有62.4％。
开关电源功率因数的校正技术
开关电源功率因数的校正技术作者：江涛来源：《电子技术与软件工程》2015年第16期摘要从不同角度来说，功率因数校正（PFC）技术有着不同分类方法，若从电网供电的的方式来看，就可分为单相PFC电路与三相PFC电路，若从校正机理来看，又可分为无源功率因数校正（PPFC）与有源功率因数校正（APFC）两种。
故文章从开关电源的PFC原理分析入手，对单相与三相PFC技术作一简要分析。
【关键词】开关电源功率因素校正技术1 开关电源功率因素校正技术原理以电视机为例，因其选用了高效开关电源，而在开关电源内部的电源输入部分，均使用了二极管全波整流与滤波电路，这种情况下，若不加入任何滤波电路到整流滤波中，仅仅只是足性负载，那么，输入电路就是正弦波，其同电源电压为同一相位，且功率因数也是1，故功率因数校正电路，本质上就是把整流电路同滤波电路分开，使得整流电路从电容性负载转变成电阻性负载。
2 功率因素校正技术分析2.1 单相PFC技术当前，在市场上使用比较多的多半是单相高频开关电源，而若按照拓扑结构来分，单相有源功率因素校正（APFC）主要可分为单级模式与两级模式两种，且不同模式的PFC技术有所不同。
其中，单级PFC技术，就是把有源PFC转换器与DC/DC转换器有机融合在一起，如图1所示，通过这样一种单级PFC技术，可相对减少成本与电路重量、体积，提高运行效率。
加之单级PFC电路还有着以下三个优点：其一，PFC级同DC/DC级合用1个开关管与控制电路，简便了电路设计，减少了硬件成本；其二，变换中可提供了不同参数的电压与电流比；其三，因功率可实现一次性变化，故可靠性较好，功率较高，也正是因为这样优点，使得单级PFC电路被广泛应用。
而关于两级PFC，其电路主要由两级转换器构成，一个PFC转换器，用于提高电路输出功率因数，控制输入电流高次谐波，一个是DC/DC转换器，用于调整输出，使之同当前负载相匹配。
而该技术实现方法也有很多，即于通信用大功率开关整流器中，主要是通过在主电路内输入整流与功率转换电路间串如一个校正环节（Boost PFC电路），如图2所示。
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 。
功率因素校正(PFC)电路 PFC的工作原理
PFC 的工作原理
功率因数定义：
（1）交流电源输入有功功率与其视在功率之比。
电力电子中常用
，
PF
P S
有功功率 视在功率
（2）若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入中 的基波电流形成有功功率。由于功率传输只在基波频 率上发生，开关变换器的输入整流电路中含有大量不 能传递功率的高次谐波。在真正意义上，电源输入端 存在的是电流的谐波失真，通常可以用近似的功率因 数来代替。总谐波失真THD -Total Harmonic Distortion
BOOST电路的工作模式
从CCM到CRM和DCM 的电流变化波形
BOOST电路拓扑
电流连续模式（CCM）
BOOST电路拓扑
BOOST电路拓扑
1）当开关管导通,电源Ui对电感L充电储能, 同时电容C对负载R放电，二极管承受反 向电压。
2）当开关管S关断时,由于电感L中的电流 不能突变,将继续有电流流过,电感L上的 感应电势UL与输入电压Ui 串联通过二极 管D对输出电容C充电.
BOOST电感的设计步骤
1）基于已知参数先求出周期：
T
1 f
2）最大的占空比的计算： 3）设定初始的纹波电流： 4）确定电感量：
Duty
1
Vinmin Vo
ILP
2 2 Po Vinmin Eff
DeltaI= 0.1*I.pk
Lmin
Vimin 2Ton DeltaI
BOOST电感的设计步骤
4
功率因数的提高可节省发电，传输的功率，与电源效率是两个概念,反而 增加电源成本，降低效率
PFC 的工作原理
电压电流波形
ii
ui ii ii ui
无源功率因数校正电路的原理和应用
无源功率因数校正电路的原理和应用摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。
功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。
这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。
关键词:开关电源功率因数校正一、引言众所周知,目前电视机和大部分通用电器都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。
由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。
后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。
面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。
本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源谐波问题的可行方案。
二、无源PFC电路工作原理介绍图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。
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）
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。
开关电源及有源功率因数校正技术
发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会 产生大量的热，导致效率不高（满载才80%）。 这是线性电源的一个主要缺点。
1.1 什么是开关电源技术
1.1 什么是开关电源技术
☞线性电源特点
优点：技术成熟，已有大量集成化的稳压电源模 块，稳定性好，输出纹波电压小等。
LC滤波电路中合适地选取电感值的大小，有利于PFC的效果。在输 出功率不变时，当电感量较小(5mH)时，PFC效果不明显，但随着 电感量的增大当L= 50mH时，整流二极管的导通时间变长，尖脉冲 状的输入电流变得平滑，输入电流总谐波减少。
但当L= 300mH时，虽然高次谐波分量进一步减小，输入电流波形更 近似于正弦波，但输入电流与输入电压之间的相位差明显加大，使 得功率因数降低，无功功率增大，电源的利用率下降。从图2-2中还 可看出随着电感量的增大直流输出电压明显下降。
（4）可以提高电网设备的安全性，在三相四线制电路中，3次谐波 在中线中的电流同相位，导致中线电流很大致使中线有可能因过电 流发热而引起火灾、损坏电气设备。在开关电源等电力电子装置中 ，采取PFC揩施后，减小了谐波电流分量，减小了中线电流，可有 效提高供电系统的可靠性。
（5）可以提高开关电源等电力电子装置自身的可靠性，如果不采 取PFC措施，过大的尖蜂脉冲电流，严重危害直流侧的滤波电容， 引起二极管正向压降增加、导致功耗增加。另外，输入侧的EMI滤 波元件因承受高峰值电流脉冲，也需要加大参数指标，以提高承受 能力。
第2章 APFC的典型拓扑结构
2.1升降压变换电路 2.2单端正激变换电路 2.3单端反激变换电路
2.4推挽式变换电路 2.5 半桥和全桥变化电路
概述
APFC机构：两级结构和单级结构
一文解析功率因数校正电路的开关管驱动方案
一文解析功率因数校正电路的开关管驱动方案
PFC(Power Factor Correction)即功率因数校正，通过调理使电网电压和输入电流同相位并减小高次谐波，有利于降低用电设备对电网的影响并提高电网利用率，已经成为很多电网输入应用场合的基本要求。
常用的有桥PFC为boost PFC电路，如图1所示，在整流桥之后使用一个boost电路完成功率因素校正和输出电压稳定的功能。
选用boost电路的一个重要原因就是boost电路具有驱动简单的特点。
对于这种有桥boost PFC电路可以采用TI的低边驱动芯片，如UCC27524,UCC27517等。
这种驱动芯片相对于分立器件方案，具有驱动电流大，驱动速度快，尺寸更小，可靠性更高的特点，目前广泛应用于各种通信电源模块，家用空调等场合。
图1
随着电力电子技术的发展，人们对功率变换器效率的要求也越来越高。
无桥PFC电路也越来越多被采用。
常规无桥boostPFC电路如图2所示，在正。
开关电源-功率因数校正技术
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)
15
自动化与信息工程学院电气工程系
▪ 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。
▪ 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
自动化与信息工程学院电气工程系
▪ 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
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）
第9章 功率因数校正技术
§9.1 §9.2 §9.3 §9.4 §9.5 §9.6
谐波和功率因数的定义 开关电源的功率因数校正技术 单相功率因数校正电路 三相功率因数校正电路 软开关PFC技术 单级功率因数校正技术
自动化与信息工程学院电气工程系
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图5 无源PFC电路
西安赛维技术培训
此种方式还不能称为真正的无源PFC电路,只是一种简单的补偿措施, 可以应用在前期设计的无PFC功能的设备上,简单的增加一个合适的电感 (适当选取L和C的值),从而达到具有抑制电流瞬时突变的目的.但是这种简 单的低成本的补救方法,输出纹波较大,滤波电容两端的直流电压也较低, 电流畸变的校正及功率因数补偿的能力都很差,而且L的绕制及铁芯的质量 控制不好,会对图像及伴音产生严重的干扰,只能是对于前期无PFC设备使 之能进入市场的临时措施。
西安赛维技术培训
图10 等离子三星V2屏PFC开关电源基本框图(CCM)
西安赛维技术培训
图11 海信液晶TLM3277电视开关电源基本框图
西安赛维技术培训
谢谢大家！
西安赛维技术培训
知识回顾 Knowledge Review
西安赛维技术培训
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
Ａ
Ｂ
图4 全桥整流滤波电路及电压和电流波形图
西安赛维技术培训
如果在整流滤波后不加滤波电路,仅为足性负载时,输入电流即为正弦波. 并且与电源电压同相位,功率因数为1.因此,功率因数校正电路的基本思想就 是将整流电路与滤波电容隔开,使整流电路由电容性负载变成电阻性负载.
功率因数校正电路其实就是一个AC/DC变换器.它是利用脉冲波宽度调变 (PWM)技术来调整输入功率的大小,以供应适当的负载所需的功率.脉冲波宽度 调变器控制切换开关将直流输入电压变换成一串电压脉冲波,随后利用变压器 和快速二极管将其转换成平滑的直流电压输出.这个输出电压随即与一个参考 电压进行比较,所产生的电压差反馈至PWM控制器.这个误差电压信号用来改变 脉冲波宽度的大小.如果输出电压过高,脉冲波电压会减小,进而使输出电压降 低,使输出电压恢复至正常输出值.
西安赛维培训资料－－新技术类
开关电源功率因数校正原理
（ＰＦＣ）
西安赛维
刘长军
西安赛维技术培训
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4.75μ F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2 全波整流电压和AC输入电流波形
西安赛维技术培训
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.
西安赛维技术培训
图8 连续导通模式(CCM)
西安赛维技术培训
（2）不连续导通模式(DCM)：
斩波开关管的工作频率随被斩波电压的大小变化,每一个开关周期内 “开”、“关”的时间相等,如图9所示.T1和T2时间不同,也反映随着电压幅 度的变化其斩波频率也相应变化.被斩波电压为“零”时,开关停止(振荡停 止),所以称为不连续导通模式(DCM),即有输入电压斩波管工作,无输入电压 斩波管不工作.它一般应用在250以下的小功率设备上,例如:海信TLM3277液 晶电视接收机开关电源的PFC部分即工作在DCM模式
西安赛维技术培训
黑色实线为电压波形
红色虚线为电流包络波形
图7 斩波器输出的电压和电流波形图
西安赛维技术培训
（3）从外供电总的看,该用电系统做到了交流电压和交流电流同相,并且电压 波形和电流波形均符合正弦波形,既解决了功率因数补偿问题,也解决了电磁 兼容(EMC)和电磁干扰(EMI)问题。
该高频“交流”电再经过整流二极管整流,并经过滤波变成直流电压(电 源)向后级的PWM开关电源供电,该直流电压在某些资料上把它称为B+PFC(海信 等离子TPW4211即是如此).斩波器输出的B+PFC电压一般高于原220V交流整流 滤波后的+300V,其原因是选用高电压、电感的线径小、线路压降小、滤波电 容容量小、滤波效果好,对后级PWM开关管要求低等等诸多好处。
3、有源PFC电路的原理：
有源PFC电路则有很好的效果,基本上可以完全消除电流波形的畸变, 而且电压和电流的相位可以控制保持一致,它基本上完全解决了功率因数、 电磁兼容、电磁干扰的问题,但是电路非常的复杂.其基本思路是在220V整 流桥堆后去掉滤波电容(以消除因电容充电造成的电流波形畸变及相位变 化),由一个“斩波”电路把脉动的直流变成高频(约100KHz)交流经过整流 滤波后,其直流电压再向常规的PWM开关稳压电源供电,其过程是 AC→DC→AC→DC。
西安赛维技术培训
图3 正常供电电压波形和接入容性负载后电压波形畸变
西安赛维技术培训
二、怎样进行功率因数校正：
1、功率因数校正:(PFC)
我们目前使用的电视机,由于采用了高效的开关电源,而开关电源内部电源
输入部分,无一例外的采用了二极管全波整流及滤波电路,如图4A所示,其电压
和电流波形如图4B所示。
西安赛维技术培训
有源PFC电路的基本原理是在开关电源的整流电路和滤波电容之间增加 一个DC－DC的斩波电路,如图6所示(斩波电路等于附加一个开关电源).
图6 有源PFC电路
西安赛维技术培训
对于供电线路来说,该整流电路输出没有直接接滤波电容,所以其对于供电线 路来说呈现的是纯阻性的负载,其电压和电流波形同相、相位相同.斩波电路 的工作也类似于一个开关电源,所以说有源PFC开关电源就是一个双开关电源 的开关电源电路,它是由斩波器(我们以后称它为:“PFC开关电源”)和稳压 开关电源(我们以后称它为“PWM开关电源”)组成的.
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).
（3）临界导通模式(CRM)或过渡模式(TCM)：
工作介于CCM和DCM之间,工作更接近DCM模式.在上一个导通周期结束后, 下一个导通周期之前,电感电流将衰减为零,而且频率随着线路电压和负载的 变化而变化。 优点:廉价芯片、便于设计,没有开关的导通损耗,升压二极管的选择并非决 定性的； 缺点:由于频率变化,存在潜在的EMI问题,需要一个设计精确的输入滤波器。
西安赛维技术培训
图9 不连续导通模式(DCM)
西安赛维技术培训
6、开关稳压电源部分:(PWM开关电源)
该开关稳压电源(PWM)是整个具有PFC功能开关电源的一部分,其工作原 理及稳压性能和普通的电视机开关稳压电源一样,所不同的是普通开关稳压 电源供电是由交流220V整流供电,而此开关电源供电是由B+PFC供电(B+PFC选 取的是+380V)。
西安赛维技术培训
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)。
西安赛维技术培训
为了抑制电流波形的畸变及提高功率因数,现代的功率较大(大于85W)具 有开关电源(容性负载)的用电器具,必须采用PFC措施,PFC分为有源PFC和无 源PFC两种方式。
2、无源PFC电路：
不使用晶体管等有源器件组成的校正电路,一般由二极管、电阻、电容和 电感等无源器件组成。
这Hale Waihona Puke 电路主要是在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感(适当选取电感 量),利用电感上电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动,改善供 电线路电流波形的畸变,并且利用电感上电压超前电流的特性也补偿滤波电 容电流超前电压的特性,使功率因数、电磁兼容和电磁干扰得以改善,如图5 所示.
PFC电路就是利用这个方法,但是加入了一个电路,使的来自交流电源的电 流是一个正弦波并与交流电压同相位.此时误差电压信号的调变是由整流后的 交流电压和输出电压的变化来控制的,最后误差电压信号反馈至PWM控制器.也 就是说,当交流电压高时,PFC电路就从交流电源吸取较多的功率;反之,若交流 电压较低,则吸收较少的功率,这样就可以抑制交流电流谐波的产生.
西安赛维技术培训
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。