无源功率因数校正电路的原理和应用
功率因数校正原理
功率因数校正原理
功率因数校正原理是指在交流电路中，由于负载的电阻性质变化、电感或电容等元件的存在，导致电流和电压的相位不同，从而产生功率因数偏低的情况。
为了改善功率因数，可以使用功率因数校正装置进行校正。
功率因数是指有功功率与视在功率之间的比值，通常用cosφ
表示。
当负载电路中存在电感元件时，电流和电压之间会有一个相位差Φ，导致功率因数小于1。
而功率因数校正装置的作
用就是校正这个相位差，使功率因数接近于1。
功率因数校正装置通常采用电容器或电感器来实现。
当电路中缺乏电感时，可以通过串联电容器的方式来补偿电压和电流之间的相位差。
而当电路中缺乏电容时，可以通过并联电感器的方式来补偿相位差。
功率因数校正装置一般采用自动控制系统，通过感应电路测量电流和电压，计算出功率因数偏低的程度，然后调节电容器或电感器的接入或退出，以实现功率因数的校正。
功率因数校正可以提高电力系统的效率，减少无功功率的损耗，改善电能的利用率。
同时，功率因数校正还可以避免电网系统的谐波问题，减少对设备的损害。
总之，功率因数校正原理是通过补偿电路中的电感或电容元件，调整电压和电流的相位差，以提高功率因数。
它在电力系统中具有重要作用，可以提高系统的稳定性和效率。
三相整流 无源pfc电路
三相整流无源pfc电路
三相整流无源PFC电路是一种用于电力因素校正的电路，主
要用于将输入电源的功率因数提高到接近1的值。
该电路的基本结构由三相桥式整流器和无源PFC电路组成。
三相桥式整流器是由六个二极管和三个电感组成的，用于将三相交流电转换成直流电。
三个电感连接在整流器桥路的输出端，起到平滑输出电流的作用。
无源PFC电路中的无源指的是没有使用电子器件（如MOS管、开关电容等）进行功率因素校正，并且没有使用任何额外的能量源。
无源PFC电路通过合理的电路设计和选择适当的元器
件来实现功率因素校正。
在三相整流无源PFC电路中，通常采用谐振电路作为无源
PFC电路的核心。
谐振电路主要由电容、电感和二极管组成，通过合理的谐振频率来实现功率因素校正，减少电网对电源的谐波污染。
三相整流无源PFC电路的工作原理是：当输入电压的幅值较
小（在一定的范围内），谐振电路的功率因数可以接近于1，
从而实现功率因数校正的效果。
当输入电压的幅值较大时，谐振电路的功率因数会下降，但整流器桥路中的电感可以起到限流的作用，保证整流电流平滑输出。
三相整流无源PFC电路的优点是：1.功率因数校正效果好，可以将功率因数提高到接近1的值。
2.无需外部能量源，无需使
用额外的开关器件实现功率因素校正，成本低廉。
3.对电网的
谐波污染影响小。
总之，三相整流无源PFC电路是一种常用的电力因素校正电路，通过合理的谐振电路设计和电路结构来实现功率因数校正，提高电源的能效和稳定性。
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。
无源PFC原理分析以及应用
无源PFC原理分析以及应用一、无源PFC的原理分析1.功率因数的定义和重要性功率因数是指实际功率和视在功率之比，即PF=P/S，其中P表示实际功率，S表示视在功率。
功率因数的取值范围为0到1之间，数值越接近1则表示电源的效率越高。
在实际的交流电路中，由于电感、电容等元件的存在，电流和电压之间存在一定的位相差，使得功率因数小于1、功率因数小的电路会导致电网负荷加重，造成能源浪费，并对电网稳定性产生不利影响。
2.无源PFC的工作原理在交流电源接入无源PFC电路后，电感元件使得输入电压和电流之间产生一个时间延迟，从而将电流的波形与电压的波形对齐，实现功率因数校正。
二极管用于整流电流，电容元件用于储存能量。
通过适当选择电感元件的大小和电容元件的容值，可以实现功率因数的提高，并降低电流谐波含量。
此外，无源PFC还可以通过合理设计电路拓扑，充分利用电感和电容之间的电流、电压关系，提高电路的效率。
3.无源PFC的特点（1）提高功率因数：通过无源元件的作用，使输入电流和输入电压同相位，从而达到提高功率因数的目的。
（2）降低谐波含量：通过无源元件产生的电感电流和电容电流，可以滤除输入电流中的谐波成分，从而降低电流谐波含量，减少对电网的污染。
（3）增加电路的稳定性：无源PFC可以降低电源端的脉动电流和脉动电压，提高电源的稳定性，减少对负载的干扰。
二、无源PFC的应用1.家用电器领域2.工业电力供应领域在工业电力供应领域，无源PFC被广泛应用于电力电子设备中。
无源PFC可以降低工业电力设备的功耗，提高效率，并减少对电网的影响，从而降低电费和能源消耗。
3.新能源领域在新能源领域，无源PFC也有着重要的应用。
以太阳能发电系统为例，太阳能板产生的直流电需要通过逆变器转换为交流电才能供应给家庭和工业用电。
无源PFC可以用于逆变器的输入端，提高太阳能发电系统的功率因数，减少能源损耗，提高系统效率。
总结起来，无源PFC作为一种电源补偿技术，在改善功率因数、降低电流谐波、提高系统效率等方面具有重要应用价值。
功率因数校正问题
关于电子镇流器的功率因数校正问题的讨论陈传虞摘要本文分析电子镇流器的功率因数校正问题,着重讨论了有源功率因数校正的三种模式(峰值电流控制、固定开通时间、固定频率平均电流连续导通模式）的工作原理，它们的优缺点及适用场合等。
关键词：无源功率因数校正有源功率因数校正峰值电流控制固定开通时间频率钳定前(后）沿调制断续导通、临界导通、连续导通模式过渡模式前言在电子镇流器中通常采用图1a所示的输入电路，由于电解电容器C O的容量很大，工作时储存电荷很多，只有输入电压超过电容上的电压时，才有输入电流，所以电流波形严重失真，仅在电压峰值附近才会出现一个电流尖脉冲(如图1b)。
这样一来，电路的功率因数变得很低，约为0.5左右,输入电流谐波含量十分丰富。
而根据国标GB/T17263-2002以及欧洲法规EN63000-3-2，对25W以上的节能灯和电子镇流器的各次谐波的含量提出了严格要求，现有的许多电路根本无法满足这个要求。
图1 镇流器的输入电路为了减少镇流器输入电流的谐波失真，必须采取一些特殊措施，通常称之为功率因数校正（PFC Power factor correction)技术来提高它的功率因数。
大致说来，功率因数校正有两种方案：无源功率因数校正（Passive PFC)和有源功率因数校正(Active PFC) ，前者已有很多资料介绍，不是本文讨论的重点，我们主要分析有源功率因数校正的三种模式，它们的工作原理、优缺点及适用场合等。
一．无源功率因数校正的原理及常用电路无源功率因数校正的原理主要是增加输入电流的导通时间，使电源电流的波形接近电压的正弦波形，减少它的失真。
最初采用的方案是逐流电路。
图2 无源功率因数校正电路它用图2(a)的电路代替图1的电容C O，电源通过VD3对电容C1、C2充电到输入电压峰值，每个电容电压最多为输入电压峰值之半。
这样，电容可在120˚范围内充电，输入电流的时间被拉长，电流为零（死区）的时间只占33.3%。
DC电源插座什么是无源功率因数校正
带灯自锁开关与普通自锁开关的不同之处仅仅在于：带灯开关充分利用其按键中的空间安放了一只小型指示灯泡或LED，其一端接零线，另一端一般通过一只降压电阻与开关的常开触点并联，当开关闭合时，设备运转的同时也为指示灯提供了电源。
DC电源插座自锁开关制与轻触开关制在结构上有什么分别
实际上带自锁开关与轻触开关是从不同方面来描述开关性能；“自锁”是指开关能通过锁定机构保持某种状态（通或断），“轻触”是说明操作开关使用的力量大小。 一般来说机械式开关也许可以这样区分：
自锁开关，是常见自锁按钮开关自锁开关是一种常见的按钮开关。在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。
自锁开关一般是指开关自带机械锁定功能，按下去，松手后按钮是不会完全跳起来的，处于锁定状态，需要再按一次，才解锁完全跳起来。它就叫自锁开关。早期的直接完全断电的电视机、显示器就是使用的这种开关。
了解更多 DC电源插座 内容可登陆：
什么是无源功率因数校正？DC电源插座
无源功率因数校正PFC亦称被动式PFC。防水轻触开关它是利用交流输入电路中的无源元件。。轻触开关电感 器进行校正，来减小交流输入的苦波电流与电压之间相位差，耳机插座以提高功率因数的叶片开关。尽管无源功率因数的电路简单，成本低廉。但存在以下缺点：1需要使用体积笨重的50Hz工频电感器，从而大大限制了它的实际应用，2提高功率因数的效果有限，未采用PFC的开关电源，功率因数公为0.5～0.6，增加工频电感器后只能将功率因数提高到0.8左右，3为了能在全球范围内通用，必须增加转换开关S，容易因误操作而给电源及负载带来严重危害。
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。
pfc拓扑原理
pfc拓扑原理
PFC，全称功率因数校正（Power Factor Correction），主要用来表征电子产品对电能的利用效率。
功率因数越高，说明电能的利用效率越高。
PFC有两种类型，无源PFC 和有源PFC。
PFC的工作原理主要包括输入滤波和功率因数校正。
输入滤波通过滤除输入电源中的高频噪声，保证电源的正常工作。
功率因数校正通过改变电源输入电流与输入电压之间的相位关系，使输入功率因数接近于1，提高电源的效率。
不同类型的PFC拓扑有着各自的特点和优势，可以根据具体应用场景选择合适的拓扑结构。
PFC拓扑的应用：
通过应用PFC技术，可以提高电能的利用效率，减少能源浪费，同时也可以降低电源对电网的谐波干扰，提高电网的稳定性和可靠性。
因此，PFC技术在电子设备、电力电子装置、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
电源pfc电路工作原理详解
电源pfc电路工作原理详解电源PFC电路是一种常见的电源保护电路，可有效提高电源的效率并保护电器设备。
本文将详细介绍电源PFC电路的工作原理和主要优点。
一、电源PFC电路的概述电源PFC电路是指功率因数校正电路，也称为无源式功率因数校正电路。
其主要作用是通过改善电源输出的波形，使其更接近正弦波，从而调整电源的功率因数。
电源PFC电路通常由整流电路、滤波电路、直流电源电路和调节电路等组成，其中整流电路的主要作用是将交流电转化为直流电，并保证输出的直流电质量良好。
二、电源PFC电路的原理电源PFC电路的工作原理可以分为两个阶段：输入滤波和控制器工作。
1. 输入滤波：该步骤会对输入交流电进行滤波处理，将其变成具有更好波形的纹波电压。
这一步的目的是为了减小后期的滤波器的尺寸，同时也减小并彻底去除输入端的高频电磁波干扰。
2. 控制器工作：控制器的主要作用是在输出电流的波形达到最大时，迅速关闭变压器开关管，从而有效地进行功率因数校正。
在该过程中，控制采用了一种新的技术——创新的PWM调制技术，以确保高效的能量转换和低功耗的运行模式。
三、电源PFC电路的优点电源PFC电路具有以下优点：1. 提高效率：电源PFC电路可以提高电源输出的效率。
在实际应用中，PFC电路可以提高电源的效率达到4-5%。
同时，对于那些需要不稳定电压输出的应用，电源PFC电路也可以有效地提高输出电压的合格率，提高电源的临界转换速度。
2. 降低电源噪声：电源输出的波形接近正弦波，能够减少电源输出的噪声，从而保护设备的稳定性和可靠性。
3. 提高效用：电源PFC电路还可以提高电源的功率因数，从而降低电源消耗的功率，提高其效用。
4. 提高可靠性：电源PFC电路采用专业的控制技术，可以避免电源的过载和电源线圈的寿命问题，从而提高了电源的可靠性。
总之，电源PFC电路是一种非常有用的电源保护电路。
它可以提高电源的效率、降低电源的噪声、提高电源的功率因数、提高电源的效用，并提高电源的可靠性。
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。
主动PFC(有源PFC)和被动PFC(无源PFC)
PFC 主动PFC和被动PFCPFC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。
现在有一个趋势，就是买电源的时候，大家都喜欢买主动PFC的产品。
这当然是一件好事情，不过也要看场合而定。
主动PFC和被动PFC简介：传统的二极管整流电路会造成电网干扰，功率因数也很低，浪费电网容量。
（但是并不浪费电能）为了解决这个问题，引入了PFC。
被动PFC是一个工频电感器，利用电感中电流不能突变的原理，可以大幅降低电网干扰，同时提升功率因数。
被动PFC的优势是：电路简单，成本低，电磁干扰小。
主动PFC其实也需要电感器：高频感应线圈，由大功率开关管控制，动态反馈跟踪，实现很高的功率因数。
主动PFC的优势是：电压适应范围宽，功率因数高。
功率因数和转换效率是两个不同的指标。
功率因数是电路的参数，交流电路中的一个指标，和线路损耗有一定的关系。
功率因数的范围是0 -- 1.0，1.0是最理想的，0 在实际电路中其实不存在。
供电局对这个指标比较重视，对于一般家用没有实际意义。
转换效率是关于能量转换的，直接决定电源的损耗大小。
转换效率的范围是0% -- 100%，100%是理想的状态，0%是最差劲的极端。
这才是我们应该关心的，转换效率越低，电源损耗越大，浪费的电越多。
功率因数不影响电表走字，0.1和1.0都是一样的走法。
转换效率要影响电表走字，转换效率越低，损耗的电能越多，电表也会多走些。
高功率因数，是在给供电局省钱。
高转换效率，是在给自己省钱。
主动PFC和电源转换效率并没有必然联系就目前市面上的产品来看，大部分高转换效率的电源都是主动PFC的，也同时拥有很高的功率因数。
这有很大一部分是市场造成的：低端电源在成本上要求太严，不可能用主动PFC；买低端电源的人通常也不会关心转换效率和功率因数。
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。
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简介
百科名片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。
一、功率因数校正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）。
1. 被动式PFC被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”“电感补偿方法”是使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。
被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。
“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。
与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。
2. 主动式PFC而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。
主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，但成本也相对较高。
此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。
1）PFC主电路原理图图PFC主电路原理图如图所示的无损吸收PFC主电路的原理图。
图中B1为整流桥，L1为PFC升压电感，D1为隔直二极管，S1为开关管，C1，C2，D2，D3和D4，L2组成无损吸收网路，C3为输出滤波电容。
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。
- 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)。
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。
这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。
图1标准型电源中的输入电压和电流
为了在图1中获得一个形似Imp的电流,我们引入充电泵的概念,即它的作用就是能够让输入电流从低压端流向高压端。
图2示出一个简单的充电泵电路。
图中电容C1受直流电压V1充电,电容C2则受直流电压V2充电。
V1小于V2,在V1和V2之间的充电泵电路是由二个二极管D1和D2以及电容C3组成,电容C3相对于C1和C2都较小,从电压源V3进来的脉冲通过电容C3后加到D1和D2的连结点上。
如果脉冲V3的幅度大于差值(V2－V1),那么就有
图2充电泵电路
图3RCD缓冲电路
图4PFC充电泵电路
可能让电流I1从较低的V1流向较高的V2。
在每一周期内通过电容C3上的电荷Q3为: Q3=C3×(V3－(V2－V1))
=C3×(V3＋V1－V2)
假设V3的脉冲频率为f3,则充电泵的电流I1为:
I1=C3×f3×(V3－V2＋V1)
如果电压V1不是DC电压而是一个已整流的脉动电压,并且如果V3=V2,则由上式可知电流I1会是一个正弦波。
图3示出基于TDA16846的反激式标准型开关电源电路,它含有一个常规的RCD缓冲电路用以消除开关管T漏极上的电压过冲。
其实这个RCD缓冲电路完全可以用在图4中示出的一个由电感L,电容C及二极管D组成的充电泵电路所代替。
这个充电泵电路是插入在桥式整流器（BR）,初级电容CP的正极和开关晶体管T漏极之间。
现在BR代替了图2中的二极管D1，电感L的放入是为了避免功率管T导通后从Vmr产生大幅度电流脉冲对电容C充电。
图2中的脉冲电压源V3现在由开关管漏极电压Vt代替。
由于充电泵电路不仅具有PFC功能而且兼有缓冲器功能,因此图3中的RCD 缓冲电路不再需要。
这个充电泵可以阻止开关变压器由充磁突变为消磁的过程中，由于Ip的不连续而对电视机图象产生的低频干扰。
因为当开关管截止，变压器的消磁过程开始时，二极管D导通，Ip可通过IpC 形成一个LC振荡回路，保持了LP流通瞬时的连续性，这使得所生成的寄生干扰信号在频率和幅值上都大为下降，而且由于没有电阻成分参与，所以原则上不会损失能量．相比于原有的RCD缓冲器，其电源的转换效率将有所提高。
图5从工作波形上详细地描述了PFC充电泵电路的原理和功能。
假定输入AC电压为230V，在t0时刻开关管T受TDA16846的控制而导通。
漏极电压Vt由约600V跳降到零伏。
由于初级电感LP的存在，初级电流LP开始直线性上升。
Vt的跳变同时通过电容C传送到L和D之间的连接点上（见图4），所以电压VP从400V降到近似－200V。
由于负的VP电压，流过扼流圈L上的电流IL会逐步上升。
并向电容C充电，这使VP在t0、t1期间有类似形状的少许爬升。
这时二极管D是截止的,Id=0。
当开关变压器和扼流圈L的充磁阶段在t1时刻完成之后，开关管T受TDA16846的控制转为截止，漏极电流It=0。
电压Vt及VP将急剧上升直到VP=VCP（400V）。
此后Vt改为缓慢的爬升，而VP则保持在VCP电平上不变。
与此同时电流IL（它早先是向电容器充电的）改为经过二极管D流进电容CP中。
这使
开关电源控制器TDA16846无源功率因数校正电路的原理和应用
图5PFC充电泵电路的电压和电流波形
蕴含在L中的能量转移到CP中。
利用这个原理，就使输入电流从较低的Vmr值流向电容CP上较高的VCP值。
从t1开始，由于二极管D的导通，由LP与C就形成一个回路，初级电流IP将流过LP，C和二极管D,一直到时间t2。
而在t2时刻，次级二极管开始导通，变压器开始向次级绕组释放磁能。
在t2t3的释放磁能阶段，初级电流IP很快下降为0，而扼流圈L的电流IL则逐步下降。
但电压VP仍保持在VCP值上。
从图5可知，当开关管的导通时间ton越长，则IL峰值越大，而ton是随着次级负载的加大以及随着输入电网电压的减少而加大的。
亦即流入PFC充电泵电路的电流也会相应加大。
但这不必担心扼流圈L的磁心会受饱和。
因为IL的最大值总是受限制于电容C上的充电电流IC。
图5同时画出PFC充电泵电路的下一个周期波形。
此种波形通常会发生在输入AC电压为最大值时刻。
此时VP在导通期t3t5内上升。
但在中途t4处已达到固定值VCP。
所以IC在时刻t4上变为0，而漏极电流It会有2个极大值。
这是因为在t3t4期间，It为IP和－IC之和，而t4以后则It完全由IP独自提供。
在此种波形中，IL不再周期性地返回到零值。
采用PFC充电泵电路的一大优点就是它的简单性和容易设计。
事实上选择合适的L,C参数组合就能很快地把一个普通开关电源转换成PFC型。
对于25～34英寸CTV一般选择L=1～
2mH/2.2AC=10nF/600V,D可取快速恢复的耐高压（600V/5A）二极管，例如STTA506D或
FUF5406,FUF5407等都可以。
在试验中可应用示波器监测AC电源的输入电流波形，并调节电容C 数值，以得到最佳的输入电流Imp波形（见图1）。
图6 含PFC充电泵的34英寸彩色电视机开关电源应用电路
三、应用实例
图6给出了一个含PFC充电泵的34英寸彩色电视机开关电源应用电路。
该电源由以下部分组成，即：1）共模电源滤波器及桥式整流电路；2）由L905，C931，D910组成PFC电路；3）TDA16846开关电源控制器；4）600V/12A的MOSFETBUZ334；5）次级输出及光耦反馈控制电路。
开关电源工作机理以及TDA16846的功能介绍请参阅[3]。
这里要强调的是为了抑制开关电源的噪声，除在电源的输入端接入二个共模滤波器L901,L902及中心抽头落‘冷’地的二个电容C904、C905以外，我们还在初级电感LP与BUZ334漏极之间接入一只快速反向恢复二极管D908，用以防止漏极电压Vt 的正上冲通过LP耦合到次级各输出绕组中。
另外为了旁路一部分由漏极经C931，L905漏出至电网
的高频脉冲分量以及减少纹波。
我们接入了C906（220PF）和R932(1.8kΩ/2W)，经过这样处理后。
用示波器监测，输入波形明显改善，谐波分量大为减少。
同时电视机画面的干扰亮点变小，图象质量有所提高。
实验还表明,该PFC电路对21英寸～25英寸CTV中小功率电源特别适合,其谐波失真改善效果更为明显。