有源功率因数校正 总结

有源功率因数校正

一、功率因数的定义

功率因数PF 定义为：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。

PF ＝S

P ＝R L L I U I U φcos 1=R

I I 1cos φ= γcos φ （1） 式中：

γ：基波因数，即基波电流有效值I 1与电网电流有效值I R 之比。

I R ：电网电流有效值

I 1：基波电流有效值

U L ：电网电压有效值

cos Φ：基波电流与基波电压的位移因数

在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值I R 与基波电流有效值I 1相等，

基波因数γ=1，所以PF ＝γ·cos Φ＝1·cos Φ＝cos Φ。当线性电路且为纯电阻性负载时，PF ＝γ·cos Φ＝1·1＝1。

二、有源功率因数校正技术

1．有源功率因数校正分类

（1）按电路结构分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式（boost ）。 其中升压式为简单电流型控制，PF 值高，总谐波失真（THD ：Total Harmonic Distortion ）小，效率高，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：

● 电路中的电感L 适用于电流型控制

● 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

● 在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数

● 输入电流连续，并且在APFC 开关瞬间输入电流小，易于EMI 滤波 ● 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

（2）按输入电流的控制原理分为：平均电流型（工作频率固定，输入电流

连续）、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型。

图1 输入电流波形图

其中平均电流型的主要有点如下：

●恒频控制

●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。

●能抑制开关噪声

●输入电流波形失真小

主要缺点是：

●控制电路复杂

●需用乘法器和除法器

●需检测电感电流

●需电流控制环路

EMI：电磁干扰（Electromagnetic-interference）

（3）按输入电流的工作模式分为：连续导通模式CCM(Continuous Conduction Mode)和不连续导通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)。

（4）按拓扑结构可分为：双级模式和单级模式。

单级功率校正---峰值电流控制

2、有源功率因数校正原理

有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，简称APFC）技术的

思路是，控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前能与整流后的电

压波形相同，从而避免形成电流脉冲，减小输入电流谐波,达到改善功率因数的

目的。

有源功率因数校正电路原理图

整流器输出电压ud、升压变换器输出电容电压uC与给定电压U*c的差值都同时作为乘法器的输入，构成电压外环, 而乘法器的输出就是电流环的给定电流I*s。

升压变换器输出电容电压uC与给定电压U*c作比较的目的是判断输出电压是否与给定电压相同，如果不相同，可以通过调节器调节使之与给定电压相同，调节器（图中的运算放大器）的输出是一个直流值，这就是电压环的作用。而整流器输出电压ud显然是正弦半波电压波形，它与调节器结果相乘后波形不变，所以很明显也是正弦半波的波形且与ud同相。

将乘法器的输出作为电流环的给

定信号I*s ，才能保证被控制的电感

电流iL与电压波形ud一致。I*s的

幅值与输出电压uC同给定电压U*c

的差值有关，也与ud的幅值有关。

L1中的电流检测信号iF与I*s构成

电流环，产生PWM信号, 即开关V的驱动信号。V导通，电感电流i L增加，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中，电容C放电为负载提供能量。当i L增加到等于电流I s*时，V截止，二极管导通，电源和升压电感L1（由于线圈中的磁能将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流iL不变，线圈L 转化成VL与电源电压VIN串联高于输出电压）释放能量，同时给电容C充电和向负载供电，这就是电流环的作用。

这种电路优点是输入电流完全连续，并且在整个输入电压的正弦周期都可以调试，缺点是输出电压必须大于输入电压的最大值，所以输出电压比较高，不能利用开关管实现输出短路保护。

三、UC3854控制集成块

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。

1、UC3854总体结构

UC3854的总体结构如下图所示，主要包括以下几个功能模块：电压误差放大器模块，电流误差放大器模块，乘除法器模块，锯齿波发生器模块，输出驱动模块，以及峰值限制比较器模块，欠电压过电压保护模块，软起动模块和一些数字逻辑。为了简化模型，建模中省去欠电压、过电压锁存比较器，软起动等辅助环节。

UC3854 内部结构图中，标有A、B、C 的方框是所谓的乘法器，电压误差放大器的输出（在引脚7 上可以测量到）是乘法器的一个输入，称作A。乘法器的另一个输入，取自整流器的输出电压波形，通过引脚 6 引入，称作B。前馈电压校正是通过引脚 6 引入的，称作C。这三个量在乘法器里运算后，乘法器输出为电流Imo，它接到引脚5。这个电流Imo 与实际电流值Isense（引脚4）在电流误差放大器中进行比较。电流误差放大器的右侧是PWM 比较器。在PWM 比较器里，电流误差放大器的输出与芯片振荡器的输出斜坡电压相比较。振荡器与PWM 比较器的输出用来驱动一个RS 触发器，RS 触发器再驱