有源功率因数校正电路(APFC)分析
有源功率因数校正技术及控制方式分析
有源功率因数校正技术及控制方式分析摘要：本文深入探讨了有源功率因数校正技术及其控制方式，重点分析了不同类型的APFC电路的工作原理和性能特点，以及控制策略在改善系统性能中的作用。
通过对几种典型APFC电路的实验分析，本文展示了APFC在提高电力电子设备效率、减小谐波污染方面的巨大潜力。
关键词：有源功率因数校正；控制方式；电力电子一、引言随着电力电子技术的迅猛发展，大量非线性负载如开关电源、变频器等被广泛应用，导致电网中谐波含量增加，功率因数降低。
为了解决这一问题，有源功率因数校正技术（APFC)应运而生。
APFC技术不仅可以提高电力电子设备的功率因数，还能减小谐波对电网的污染。
二、有源功率因数校正技术原理及分类1.功率因数及有源功率因数校正的基本概念(1)功率因数是电力系统中非常重要的一个参数，它表示了电压和电流之间的相位差。
在电力系统中，功率因数的大小直接影响到系统的效率和稳定性。
当功率因数大于0时，表示电压超前电流，即正功率；当功率因数等于0时，表示电压和电流同相，即零功率；当功率因数小于0时，表示电压滞后电流，即负功率[1]。
(2)有源功率因数校正是一种电力电子学中的技术，它通过控制电源的相位差来调整系统的功率因数。
这种技术可以有效地提高系统的效率和稳定性，减少系统的损耗。
有源功率因数校正的基本原理是利用一个可控的电源，通过控制这个电源的相位差，来调整系统的功率因数[2]。
2.有源功率因数校正技术分类及其工作原理(1)APFC电路（AC-DC Power Factor Correction Circuit）是一种用于校正交流电压波形的电路，其作用是将交流电压转换成直流电压，以便于后续的电压调节和稳定。
APFC电路的分类有多种，根据不同的应用场景和需求，可以分为不同的类型。
(2)另外一种常见的APFC电路是电流控制型APFC电路。
电流控制型APFC电路的工作原理是通过对输入电流的控制来实现对输出电压的校正和调节。
单相有源功率因数校正电路仿真
单相有源功率因数校正电路仿真摘要：传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。
有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。
本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法，通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真，获得了最后校正的功率因数结果，说明这种PFC 方案的能获得良好的效果，适用于多种场合。
关键词：有源功率因数校正，Boost 电路，滞环控制1 绪论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。
功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电能利用率越高。
交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形，使其与直流电电压波形尽可能一致，让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的，否则，电力设备系统消耗的电能可能超出其规格，极可能干扰同系统的其他电子设备。
2 功率因数的定义和校正原理根据电工学的基本理论功率因数（PF ）的定义：交流输入有功功率（P ）与视在功率（S ）的比值，用公式表示为：1111cos cos cos rms rmsU I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中：1U 表示输入基波电流有效值；cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数；γ表示输入电流畸变因数；rms I 表示输入电流有效值。
可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定，cos φ小表示用电设备的功率大，在有功功率不变的情况下实在功率增加，线路总电流增大，线路传输压降也将增大，倒是电气设备容量增加，利用率低，导线、变压器绕组损耗大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可以导致电网崩溃。
输入电流即便因数γ值低，表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，使用电设备产生机械振动、噪声、过电压，损坏电子设备。
PFC电路与BOOST电路设计实例解析
f (mmin )
sin 2 t dt
0
1
1
sint
mm in
13
基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法——DCM
要保证电感电流断续，必须满足d1+d2<1 随着mmin=Vo/Vin的增加，d1+d2先减小后增大 因此在输入电压较小与较大时均会使电感电流趋
于连续
通常在断续模式下的电感量设计中按最低输入电 压时确参数。
（4）单周控制：能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰，有反应 快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现、抗电源干扰、控制电路简 单等优点。
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上节内容回顾
谐波污染的治理主要途径： 无源电力滤波器（PPF）
BOOST电路
功率因素校正（PFC） 基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法 PFC典型芯片UC3854介绍 基于Boost电路的PFC变换器设计实例
1
功率因素校正-谐波的危害
Ii
a
直
Vi
流 变 换
负 载
器
b
2
功率因素校正-谐波的危害
传统的AC-DC变换器和开关电源，其输入 电路普遍采用了全桥二极管整流，输出端 直接接到大电容滤波器。
DCM
输入电流自动跟踪输入电压，控制简单，仅需一个电压环， 成本低，电感量小，主管ZCS，续流管无反向恢复问题 ,定频工 作，适合小功率用电设备 。
BCM
输入电流自动跟踪输入电压，电感量小，一般采用变频控制， 在固定功率开关管开启时间的条件下，调整开关管的关断时间， 使电感始终处于临界导电模式，可获得单位功率因数，但是滤 波器设计困难，适用于中小功率场合。
ui
其中，di ima，x 因此 dt Ton
功率因数校正
功率因数校正摘要：提高功率因数是开关电源一个重要指标，由UC3854构成的控制电路有电路简单、成本低、功率密度高，在中小功率场合得到了广泛应用。
关键词：功率因数乘法器UC3854引言国际标准IEC555――2中关于谐波限制标准和电磁兼容（EMC 法规对传统采用的桥式整流和大电容量滤波电路从工频市电变换为直流电源的方法提出了限制。
这是因为该交流/直流变换方式不仅输出电压极不稳定，效率很低，负载功率被限制在2KW以下，而且更主要的是会导制交流输入电流波形出现严重畸变，功率因数在0.7以下。
随着绿色电子产品的发展，近年来功率因数校正(PFC)技术获得了广泛的应用。
象开关电源、电子镇流器和变频调速器等产品，采用PFC技术日益成为强制性的要求。
第一章有源功率因数校正技术1.1：有源功率因数校正电路组成有源功率因数校正APFC是抑制电流谐波，提高功率因数最有效的方法，其原理框图如图1所示。
交流输入电压经全波整流后，再经DC/DC变换，通过相应的控制使输入电流的平均值自动跟随全波整流电压基准，同时保持输出电压稳定。
APFC电路有两个反馈控制环：输入电流环使DC/DC变压器的输入电流与全波整流电压波形相同，输出电压环使DC/DC变换器的输出电压稳定。
1.2: 主电路的拓扑结构APFC的主电路拓扑结构采用DC/DC开关变换器。
其中升压式(BOOST)变换器由于电感连续、储能电感也作滤波器抑制RFI和EMI噪声、电流波形失真小、输出功率大及共源极使驱动电路简单等优点，常常作为主电路的拓扑形式。
第二章1800W 100KH PFC 电路设计(原理图见附图)2.1: 性能指标输入：AC220V±15% 50±2HZ输出功率：POUT=1800W输出电压：V OUT=400V开关频率：F S=100KH。
2．2: 主电路的设计1．电感的设计电感在PFC电路设计中相当重要，它决定了输入电流中高频纹波电流的多少。
APFC直流稳压（ACDC）电路仿真研究.
APFC直流稳压（AC/DC）电路仿真研究090607344 郑太锋指导教师刘继伦讲师内容摘要传统的整流变换电路(AC/DC)存在功率因数低、输入电流畸变的问题。
本文对常用的AC/DC变换电路进行了研究，设计了升压型APFC(Active Power Factor Correction,有源功率因数校正)电路模型和参数，并对模型进行了仿真。
结果显示，该电路具有提高功率因数、减小输入电流畸变的功能，对功率因数校正电路的设计有一定的参考价值。
关键词有源功率因数校正; AC/DC变换器; 电流环控制APFC直流稳压（AC/DC）电路仿真研究一绪论为了保证开关电源的输电流谐波能够达到谐波标准的要求，绿化电网环境，有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）技术已经成为当今电力电子学领域十分活跃和颇具研究价值的热点。
直接接入电网的开关电源应用非常普遍，一般来说，其前置级AC/DC 变换部分都采用图1所示的二极管桥式整流加大容量电容滤波电路。
虽然输入的交流电压是正弦波行，但输入的交流电流却呈脉冲状，波形严重畸变，如图2所示。
图1AC/DC 整流电路图2输入电压，输入电流波形实践表明，在提高开关电源类装置的功率因数方面，有源功率因数校正（APFC）技术是应用最为广泛和行之有效的方法。
（一）功率因数及其校正方法根据电工学的基本理论，功率因数（Power Factor）定义为有功功率（P）和视在功率（S）的比值，用公式表示为：PF=（1-1）式中：：输入电流基波有效值；：电网电流有效值，,其中，，，为输入电流各次谐波有效值；：输入电压基波有效值；：输入电流的波形畸变因数；：基波电压和基波电流的位移因数。
为畸变因数，表示基波电流有效值在总的输入电流有效值中所占的比例;为位移因数，表示输入电流与输入电压之间的相位差。
从本质上来讲，功率因数校正技术的目的是要使用电设备的输入端口针对交流电网呈现“纯阻性”，这样输入电流和电网电压为同频同相的正弦波，功率因数为1，没有谐波污染问题。
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。
MC33262有源功率因数校正技术(APFC)
有源功率因数校正技术(APFC)在开关电源中的应用研究近年来，开关电源因效率高，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，谐波分量很高，给电力系统带来了严重的谐波污染。
为此，国际电工委员会早在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准，严格限定设备的功率因数必须接近于1，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0.95～0.99，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功率级之间串入一个有源PFC作为前置级，用于提高功率因数和实现DC/DC级输入的预稳，用作PFC电路的功率级基本上是升压型Boost变换器，它具有效率高、电路简单、适用电源功率高等优点。
开关电源同时是一个重要的电磁干扰源，所以减少和抑制开关电源的电磁发射成为3C认证中的关键，也是开关电源设计中的重要课题。
开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变，从而产生强大的电磁骚扰。
滤波是压缩干扰频谱的基本手段，抗EMI滤波器是EMC技术的基础元器件之一。
在开关电源的滤波器设计中，磁性元件中电感的材料选取及电感取值的设定，对于开关电源的电磁兼容设计至关重要。
APFC控制技术原理APFC技术主要采用一个变换器串入整流滤波与DC/DC变换器之间，通过特殊的控制，一方面强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数；另一方面反馈输出电压使之稳定，从而使DC/DC变换器的输入实现预稳。
功率因数补偿控制专用芯片MC33262的电流控制方式是峰值电流控制方式。
它的基本思想是采用一个正弦基准电流作为上限，由输出检测信号经误差放大后与输入全波电压的检测信号相乘获得，下限则为零。
APFC
BOOST有源功率因数校正学生：何安然学号：TSP080301021Q 学院：机电学院1、概述从电网获取交流电经整流为各种电气设备提供直流电是一种常用的变流方案。
但整流装置、电感、电容组成的滤波器中非线性元件和储能元件的存在使输入交流电流波形发生严重畸变，呈尖峰脉冲状，网侧输入功率因数降低。
电网电流的畸变由于电网阻抗反过来影响电网电压，造成谐波污染。
谐波的存在使电网中元件产生附加损耗，会降低用电设备的效率;会影响电器设备的正常工作及其寿命:会导致继电保护和自动装置误动作，并使电器测量仪表计量不准确;会降低电网功率因数等系列危害。
由于电力电子装置是现在最主要的谐波污染源，这己经阻碍了电力电子技术的发展，它迫使电力电子领域的研究人员对谐波的污染问题要给出有效的解决方案。
为了解决电力电子装置的谐波污染问题，基本思路有两条:一是装设谐波补偿装置来补偿谐波;另一条是对电力电子装置本身进行改造，提高输入端的功率因数。
对于新型的电力电子设备，多采用后一种思路，即加入功率因数校正器，它的原理就是在整流器与负载直接接入DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使得输入端电流的波形跟踪交流输入正弦电压波形，可使得输入端电流接近正弦波，从而使得输入端的谐波畸变率THD小，功率因数提高。
功率因数是电源对电网供电质量的一个重要的指标。
许多发达国家率先采用了多种功率因数校正(PFC)方法，来实现“绿色能源”革命，并强制推行了国际标准IEC555-2、EN60555-2等，限制了电子生产厂家入网电气设备的电流谐波值。
目前，有源功率因数校正(APFC)技术是解决谐波污染最有效的方法之一。
采用PWM控制方式的整流器，能得到较好的单位功率因数，减少线电流畸变，实现能量的双向传输，是实现电力电子装置功率因数校正和谐波抑制的理想整流器。
近年来，谐波污染的加重和相关谐波标准的制定和强制执行，为PWM整流器的研究和发展注入了动力。
全控型电力电子器件的成熟和大容量化也为大功率PWM整流器的研制奠定了坚实的物质基础。
APFC
对输入电压升降压，输入
电压选择范围大，可利用 开关管实现输出短路保护
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升降压型
正激型功Βιβλιοθήκη 级电路简单常用 APFC 分类
反激型
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按电流连续方式分类
CCM控制型
电感能量不完全传输 ，只把部分能量转移 到输出电容中
DCM控制型
电感能量完全传输， 获得的能量完全转移 到输出电容中
16
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常用的三种PFC控制方法比较
有源功率因数校正技术的应用 APFC
程斌
1
背景
近年来，开关电源因效率高，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，谐波分量很高，给电 力系统带来了严重的谐波污染。为此，国际电工委员 会早在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准，严格限定 设备的功率因数必须接近于1，提高开关电源的功率因
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基于DSP的数字控制技术
模拟控制 器件多、成本 高 抗干扰、可靠 老化和温漂 PID调节
数字控制
控制灵活
先进的算法和策略
近年来，DSP 器件的性价比有望进一步提高，这使得高 质量数字控制 PFC 的实现成为了可能，数字控制代替模 拟控制势必成为今后发展的趋势
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基于 TMS320LF2407A 控制的功率因数校正电路
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滞环电流控制
当功率管导通,电感充电 时,电感电流的检测信号 和上限基准电流环信号相 比较,当电感电流上升到 上限基准信号值时,触发 逻辑控制部分使功率管关 断,电感开始放电;当电感 电流下降到下限基准信号 值时,触发逻辑控制部分 使功率管导通,电感重新 充电。
PFC电路原理介绍
PFC 电路U n R e g i s t er edPFC 电路概述谐波电流对电网有危害作用：•使电网电压发生畸变；•使线路与配电变压器过热，损坏设备；•引起电网LC谐振；•使电网的高压电容过流、过热而爆炸；Un Re gi st er edPFC 电路概述Un Re gi st er edPFC 电路概述有源功率因数校正（APFC：Active Power Factor Correction），在负无源功率因数校正是利用电感和电容组成滤波器，对输入电容进行移相和整形。
主要是增加输入电流的导电宽度，减缓其脉冲上升性，从而减小电流的谐波成分。
一般通过仿真选择电感与电容，得到需要的THD 与PF 值。
载即电力电子装置本身的整流器和滤波电容之间增加一个功率变换电路，将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除了谐波和无功电流，因而将电网功率因数提高到近似为1。
APFC 电路常用拓扑：升压式（Boost ）；降压式（Buck ）；升/降压式（Buck/Boost ）；反激式（Fly back ）。
Un Re gi st er edPFC 的工作原理Boost-PFCUn Re gi st er edPFC的工作原理Un Re gi st er edPFC 的工作原理Un Re gi st er edPFC 的控制方法电感电流断续控制方法（DCM ）优点：控制简单，无需检测输入电流与输入电压；输出二极管ZCS。
缺点：开关管与电感的峰值电流大，PF 小，THD 大。
Un Re gi st er edPFC 的控制方法电感电流临界连续控制方法（BCM ）优点：PF接近1，二极管ZCS。
缺点：变频调制，EMI难，电感电流纹波大。
Un Re gi st er edPFC 的控制方法峰值电流方法优点：输入电流连续，电流纹波小，电感与开关管的峰值电流小，PF接近1。
缺点：需要斜率补偿，控制电路复杂，对噪声敏感。
有源功率因数校正
有源功率因数校正
• 根据APFC拓扑分类
• 降压式 • 升/降压式 • 反激式 • 升压式
有源功率因数校正
• 降压式
这种电路的主要优点是：开关管所受的最大电压为输人电压的最大值，因此 开关管的电压应力较小;当后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护。 该电路的主要缺点是：由于只有在输人电压高于输出电压时，该电路才能工 作，所以在每个正弦周期中，该电路有一段因输人电压低而不能正常工作，输出 电压较低，在相同功率等级时，后级DC/DC变换器电流应力较大;开关管门极驱动 信号地与输出地不同，驱动较复杂，加之输人电流断续，功率因数不可能提高很 多，因此很少被采用。
有源功率因数校正
•Байду номын сангаас升降压式
该电路的优点是：既可对输人电压升压又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以 连续工作;该电路输出电压选择范围较大，可根据一级的不同要求设计;利用开关管可实现 输出短路保护。 该电路的主要缺点有：开关管所受的电压为输入电压与输出电压之和，因此开关管的 电压应力较大;由于在每个开关周期中，只有在开关管导通时才有输入电流，因此峰值电流 较大;开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂;输出电压极性与输入电压极性 相反，后级逆变电路较难设计，因此也采用得较少。
有源功率因数校正
• 有源功率因数校正(APFC)电路是在整流器和负载之间接入 一个DC/DC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。
图1 有源功率因数校正原理
有源功率因数校正
有源功率因数校 正
小组成员：徐勇、常惜阳、付美真、王启龙、王嘉 炜、陈玉民、管红立、瞿林飞、田小龙、王彦刚
单相有源功率因数校正电路仿真
单相有源功率因数校正电路仿真摘要：传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。
有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。
本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法，通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真，获得了最后校正的功率因数结果，说明这种PFC 方案的能获得良好的效果，适用于多种场合。
关键词：有源功率因数校正，Boost 电路，滞环控制1 绪论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。
功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电能利用率越高。
交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形，使其与直流电电压波形尽可能一致，让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的，否则，电力设备系统消耗的电能可能超出其规格，极可能干扰同系统的其他电子设备。
2 功率因数的定义和校正原理根据电工学的基本理论功率因数（PF ）的定义：交流输入有功功率（P ）与视在功率（S ）的比值，用公式表示为：1111cos cos cos rms rmsU I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中：1U 表示输入基波电流有效值；cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数；γ表示输入电流畸变因数；rms I 表示输入电流有效值。
可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定，cos φ小表示用电设备的功率大，在有功功率不变的情况下实在功率增加，线路总电流增大，线路传输压降也将增大，倒是电气设备容量增加，利用率低，导线、变压器绕组损耗大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可以导致电网崩溃。
输入电流即便因数γ值低，表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，使用电设备产生机械振动、噪声、过电压，损坏电子设备。
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
有源功率因数校正APFC之电路应用分析
传统的A C -D C 电源转换电路，一般由抗电磁干扰E M I电路、整流桥整流后电解电容滤波组成。
为保证需要的稳定的直流电压，采用大容量的电解电容，导致流经整流二极管的电流非典型的正弦波而是断续导通，形成大量的多次谐波，导致交流电网电压畸变。
随着大功率电子设备及产品的广泛使用，电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重，功率因数低，导致电能利用效率降低。
功率因数校正电路，又根据英文名称简称为PFC(Power Factor Correction)电路，采用设计良好的PF C电路，可提高整个电路的功率因数，进而有效提高电网的供电质量，改善用电设备的用电环境，保障设备的使用安全及提高设备的使用寿命，并可节约电能，减少电费开支。
同时可减少电网的功率损失，提高电网的输电效率。
1 功率因数校正电路的技术发展以前通常采用无功补偿﹑无源﹑有源滤波器等方法改善电网环境。
传统的功率因数校正方法，为缩小电源输入的电流波形与电压之间相位差，通过外加合适的感、容元器件，可提升功率因数到0.7～0.8。
改进的P P F C 功率因数校正电路称为无源功率因数校正，其特点是利用整流桥后面的PPFC电路来大幅度增加整流管的导通角，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，功率因数能提高到0.9；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电感器件。
但也存在着整流输出电压随电网电压波动而波动，影响产品的性能和寿命，以及电路中总体谐波含量仍较大的问题。
近年来，集成电路控制的有源功率因数校正（A PF C）技术成为提高功率因数行之有效的方法，有源功率因数校正电路可以很好的解决以前功率因数矫正电路存在的有源功率因数校正APFC之电路应用分析周德智(威海市市政建设公用事业管理处 山东威海 264200)摘 要：近年来集成电路控制的有源功率因数校正（APFC）技术成为提高功率因数行之有效的方法，本文主要介绍了有源功率因数校正电路（APFC）的工作原理，并基于L6562芯片设计了一种实际应用的有源功率因数校正电路，分析了该电路的工作原理，着重说明了L6562外围电路的参数选择与设计，与以前采用的功率因数补偿电路相比较，该电路简单，功率因数补偿效果显著，电流的总谐波失真（THD）小于10%，功率因数可以大幅提高到0.99以上；一个设计良好的APFC应用电路,能达到延长电气产品寿命、减少用电设备对电网的干扰、提高用电效率的目标。
功率因数校正电路原理说明与应用(APFC)
第四章 APFC4.1 功率因素校正技术的由来由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路具有很多优点:应用广泛、价格低廉、可靠性高等，但是它产生的谐波对电网有着严重的污染，单项不可控整流电路存在以下几个主要的问题：（1）启动时冲击电流大；（2）正常工作时，由于二极管的导通角是<180°，会形成幅度很高的窄脉冲，总谐波失真THD通常超过100%，从而引起了电网电压波形的畸变。
（3）谐波带来的电路功率因数低，一般约为0.5~0.6，造成电路的效率低。
由整流电路可知，二极管整流滤波电路，因为二极管的导通角<180°，以及无源器件电感L、电容C导致的输入信号发生畸变，不但降低了系统的功率因数，效率大大减小，还造成噪声和对电网冲击等一系列的危害。
因此，为了减小AC/DC交流电路输入端谐波电流造成的噪声和谐波污染，保证电网高质量供电以及高可靠性；同时，通过相关技术达到电路节能的效果。
以上阐述都表明了研究提高电路功率因数重要性，因此提出了功率因数校正技术（PFC）的概念。
那如何提高功率因数？根据第三章整流电路的分析可知，功率因数λ=PS=cosφ=υ∙cosφ1主要由两个因素决定：基波因数和相位因数。
因此，通过提高基波因数υ=I1I和相位因数cosφ1是两个主要的途径：(1)使输入电压、输入电流同相位。
若输入电压与输出电压同相位，则相位因素cosφ1为1，功率因素λ增大；(2)使输入电流正弦化若输入电流正弦化，即电流频率保持固定，几乎不存在谐波分量，υ=I1I=1，功率因素λ增大。
满足以上两个条件，功率因素将接近为1，电路效率将非常高。
4.2 PFC的分类根据使用器件的不同，分为无源功率因数校正和有源功率因数校正。
根据有无整流桥，分为有桥PFC和无桥PFC。
无源PFC无源PFC一般采用电感补偿方法。
这种方式是使用由电感、电容等无源器件组合而成的谐振电路来降低谐波电流，以及减小交流输入的基波电流与电压之间相位差，从而提高功率因数。
功率因数校正电路(PFC)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COSΦ。
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。
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(导通角约为70°)。
自己总结有源功率因数校正apfc
自己总结有源功率因数校正A P F C-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII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=RI 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。
有源功率因数校正技术(APFC)与UC3854芯片的应用分析[1]
![有源功率因数校正技术(APFC)与UC3854芯片的应用分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f8679625a5e9856a5612605e.png)
主要缺点是：
• １ 控制电路复杂。 • ２ 需用乘法器和除法器。 • ３ 需检测电感电流。 • ４ 需电流控制环路。
一． 功率因数校正原理 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
所以功率因数可以定义为输入电流失真系数（ ）与相移因数（
）的乘积。
可见功率因数（ＰＦ）由电流失真系数（ ）和基波电压、基波电流相移因数（
）决定。
传统的功率因数概念是假定输入电流无谐波电流（即 Ｉ１＝Ｉｒｍｓ 或 ＝１）的条件下得到的，这样功率因数的定义就变成
了 ＰＦ ＝
。
二．ＰＦ 与总谐波失真系数（ＴＨＤ：Ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）的关系
三．功率因数校正实现方法
由功率因数
可知，要提高功率因数，有两个途径：
误差电压放大器的输出电压，这个信号又与乘法器 A 端相连，但若低于 1V 乘法器便无输 (7) VA out 出
(8) VRMS
前馈总线有效值电压端，与跟输入线电压有效值成正比的电阻相连时 ，可对线电压的变化 进行补偿
(9) VREF (10) ENA
基准电压输出端，可对外围电路提供 10mA 的驱动电流 允许比较器输入端，不用时与+5V 电压相连
引脚功能 号号 (1) GND 接地端，器件内部电压均以此端电压为基准
峰值限定端，其阈值电压为零伏与芯片外检测电阻负端相连， 可与芯片内接基准电压的电 (2) PKLMT 阻相连，使峰值电流比较器反向端电位补偿至零 (3) CA out 电流误差放大器输出端，对输入总线电流进行检测，并向脉冲宽度调制器发出电流校正信
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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
"CCM" type
IL IAC
"TM" type
IL IAC
ON OFF
ON
MOSFET
OSFET
OFF
固定的频率，占空比调节， 连续的电流模式，也是平均 电流模式控制，适用于大功 率输出的场合 >200W
有源功率因数校正电路（APFC）
从上式可以看出，欲提高线路功率因数．就必须最大 限度地抑制输入电流的波形畸变，同时还必须尽可能 地使电流基波与电压基波之间的相位差趋于零。对于 未采取功率因数校正措施酌电子镇流器，由于THD一 般不低于110％, 不超过0.65。 4. 提高AC-DC电路输入端功率因数和减小输入电流谐 波的主要方法：使输入电流与输入电压同相位，减小 两者的相位差，采用APFC功率因数校正电路。
APFC结构框图
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
APFC的工作原理:
◆主电路的输出电压Vo和基准电压Vr比较后，输入给电压误差
放大器VA，整流电压Vdc检测值和VA的输出电压信号共同加到
乘法器M的输入端，乘法器M的输出则作为电流反馈控制的基 准信号，与开关电流is检测值比较后，经过电流误差放大器CA 加到PWM及驱动器，以控制MOS管的导通与关断； ◆使输入电流（即电感电流）il的波形与整流电压Vdc的波形基本 一致，使电流谐波大为减小，提高了输入端功率因数，可达到 0.99以上,谐波失真THD=3%-5%,由于功率因数校正器同时保持
有源功率因数校正电路（APFC）
（三） L6561/6562芯片的应用电路
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
（四） APFC电路的参数计算 1、最低工作频率fSM 效率0.95,VI(MIN)=85V PO=80W,VO=400V， fSM不小于23K
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
1.谐波定义 从220V交流电网经整流供给直流是电力电子及电子 仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案。例如离线式 开关电源的输入端，AC电源经全波整流后，一般接一 个大电容，如图所示。
AC/DC整流电路
有源功率因数校正电路（APFC）
整流之后得到波形较为平直的直流电压。波形如下图所 示，输入交流电压Vi是正弦的，但是交流电流ii波形却严重 畸变，呈脉冲状。
固定的导通时间，可变的开关 频率。峰值电流模式控制，适用 于小和中等功率输出的场合 <200W，工作在临界模式
有源功率因数校正电路（APFC）
二、峰值电流控制APFC控制器L6561/6562 （一） L6561/6562芯片的特点
有源功率因数校正电路（ APFC） （二） L6561/6562 芯片的结构框图及引脚功能
有源功率因数校正电路（APFC）
3.提高线路功率因数的意义
有源功率因数校正电路（APFC）
离线式高频开关电源
负载（需
输入
整流桥 PFC 隔离降压电路
要供电的
设备）
有源功率因数校正电路（APFC）
APFC电路的工作原理
有源滤波器（APFC）:在 整流器和开关电源功率变 换电路之间接入一个DCDC变换器，应用电流反馈 技术，使输入端电流i波形 跟踪交流输入正弦电压波 形，可以使i接近正弦波。 Multiplier (乘法器） CA： current amplifier 电流误差放大器 VA：voltage amplifier 电压误差放大器
输出电压恒定，使下一级开关电源设计更容易些。
功率因数校正的控制芯片： 1. 连续模式(平均电流模式，适用于大功率输出的场合 >200W ) （CCM---continuous conduction mode)
A TI公司： UC3854、UC3817 B 英飞凌：ICE2PCS01G C 赛意法：LT4981 D 国际整流 ：IR1150 2. 临界模式(峰值电流模式，适用于小和中等功率输出的场合 <200W)（TM—Transition mode or critical conduction mode) A 意法（ST）：L6562/6563 B 仙童 ：FAN7529 C TI公司：UC28050