有源功率因数校正功率因数的定义功率因数PF定义为功率因数

有源功率因数校正

、

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 = P =

U L11 cos

cos = cos '■

U

L 1 R 1

R

式中:

:基波因数，即基波电流有效值I i 与电网电流有效值I R 之比。

I R

：电网电流有效值

I

仁基波电流有效值

U L ：电网电压有效值 cos

①：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 =1，所以PF = • cos ①二1 • cos ①二cos ①。当线性电路且为纯电 阻性负载时，

PF = • cos ①二1 • 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

(1)

（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

(a)平均电流型

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

♦跟踪饯差小•瞬态特性好

♦对噪声不敏憋 ♦开关频率固定 • THD/h • EMI 小

♦需检測电感电流和乘法器， 控制结

构复杂

♦二极管反向恢复问题

UC3854AB

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(ContinuousConduction

Mode)和不连续导通模式 DCM(Disco nti nu ous Con duction Mode)。

(4) 按拓扑结构可分为：双级模式和单级模式。

双级、单级APFC 比较

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

平均电流模式

砖厂

innrLnjinrLrU

平均电流控制的控制器

DC.T M ：

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

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。l*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l*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。

ud 同相。

\'D

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 动推挽电路输出PWM 信号（脚16），用来控制主电路开关管的开断时刻。

ENA 10

V SENSE 11

1BV E

VCC —

£3腔盘VY

VAOUT MULTOUT CAOUT PKLlM

RUNy

I L OSCILLATOR

R R □ S

7.EV REF

IC . POWER

1斗——[i*F

IU GTDRV

1 GND