功率因数校正的工作原理

功率因数校正的工作原理

1功率因数的定义

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。其可以用公式（1）表示。

（1)

式中，I1表示交流输入市电的基波电流有效值；Irms表示交流输入市电电流的有效值；γ=I1/Irms，表示交流输入市电电流的波形失真系数；cosφ表示交流输入市电的基波电压和基波电流的相移因数。

所以功率因数可以定义为交流输入市电电流的波形失真系数（g）与相移因数（cosφ）的乘积，即功率因数PF主要由两个因素决定：一是交流输入市电的基波电流与基波电压的相位差φ；另一个是交流输入市电电流的波形失真因数γ。而传统的功率因数概念是在电阻为线性负载，并假定输入电流无谐波电流（即I1=Irms或交流输入市电电流的波形失真系数g=1）的条件下得到的，这样功率因数的定义就变成了PF=cosφ。

交流输入市电的cosφ低，表示用电电器设备的无功功率大，供电设备的利用率低，供电设备的导线、变压器绕组损耗大，降低了供电线路的使用效率。电流波形失真系数g值低，则表示输入电流的谐波分量大而基波电流的幅度小，将造成输入电流的波形畸变，对电网造成污染，严重时还会造成用电电器设备的损坏。

由于常规整流装置使用非线性器件（例如，整流二极管或可控硅），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量的谐波电流成分。而谐波电流成分不做功，只有基波电流成分做功，所以相移因数cosφ和电流波形失真系数(γ)相比，γ对供电线路的功率因数影响更大。

3 功率因数与总谐波失真系数（THD）的关系

电路总谐波失真系数（THD）可以利用公式（2）来计算。

(2) 方波电压的各次谐波电压的叠加分解图（高至9次谐波）如图1所示。

图1 方波电压的各次谐波电压的叠加分解图（高至9次谐波）

方波电压可以用函数表达式（3）来表示。

(3)

由功率因数（PF）的定义：

及公式（2），有公式（4）成立。

(4)

即，(5)

从上面的讨论可以看出，功率因数是和交流输入市电电流的谐波成分有关的，利用总谐波失真系

数和电流波形失真因数之间的关系式可以得到公式（6）。

(6)

当交流输入市电的电压、电流同频和同相位时，有cosφ=1，相应有公式（7）成立：

(7)

对纯正弦波电压和电流而言，由于它的总谐波成分为零，

所以波形失真系数为1，并且正弦波电压和电流之间相位差φ为0，从而电源输入侧的功率因数就为1，如果正弦波电压和电流之间相位差φ不为0，则电路的功率因数是他们相位差φ的余弦值。

当φ=0时（为计算方便），功率因数与THD间存在如表1所示的关系。可见，当THD≤5%时，功率因数可控制在0.999左右。

4 功率因数校正实现方法

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cosφ=1，所以PF=g。

②使输入电流正弦化，即Ii=I1（谐波为0），有I1/Ii=1，即PF=g×cosφ=1。

FAN4810的特点与应用

1 FAN4810的技术特点

①满足UL1950要求的三重故障检测（TriFault Detect）技术要求，增强了电路工作的可靠性；

②摆率增强跨导误差放大器可以满足快速的PFC响应；

③低功耗，启动电流为200μA，工作电流为5.5mA；

④总谐波失真THD小，功率因数PF值高；

⑤工作于平均电流，电流连续（CCM）升电压前沿PFC控制工作方式；

⑥内部的电流前馈增益调制器可以改善电路的抗干扰特性；

⑦过电压和交流输入市电电压过低保护，欠电压锁定输出（UVLO）和软启动；

⑧同步时钟输出。