五種有源功率因數(shù)校正電路工作原理分析

　　常用有源功率因數(shù)校正電路分為連續(xù)電流模式控制型與非連續(xù)電流模式控制型兩類。其中，連續(xù)電流模式控制型主要有升壓型（BooST）、降壓型（Buck）、升降壓型（Buck－Boost）之分；非連續(xù)電流模式控制型有正激型（Forward）、反激型（Fly back）之分，下面對這幾種電路的工作原理分別加以介紹。

　　1.升壓型PFC電路

　　升壓型PFC主電路如圖1所示，其工作過程如下：當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，電流IL流過電感線圈L，在電感線圈未飽和前，電流線性增加，電能以磁能的形式儲存在電感線圈中，此時，電容C放電為負載提供能量；當(dāng)Q截止時，L兩端產(chǎn)生自感電動勢VL，以保持電流方向不變。這樣，VL與電源VIN串聯(lián)向電容和負載供電。

　　圖1 升壓型PFC主電路

　　這種電路的優(yōu)點是：（1）輸入電流完全連續(xù)，并且在整個輸人電壓的正弦周期內(nèi)都可以調(diào)制，因此可獲得很高的功率因數(shù)；（2）電感電流即為輸入電流，容易調(diào)節(jié)；（3）開關(guān)管柵極驅(qū)動信號地與輸出共地，驅(qū)動簡單；（4）輸入電流連續(xù)，開關(guān)管的電流峰值較小，對輸入電壓變化適應(yīng)性強，適用于電網(wǎng)電壓變化特別大的場合。主要缺點是輸出電壓比較高，且不能利用開關(guān)管實現(xiàn)輸出短路保護。

　　2.降壓型PFC電路

　　降壓型PFC電路如圖2所示，其工作過程如下：當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，電流IL流過電感線圈，在電感線圈未飽和前，電流IL線性增加；當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷時，L兩端產(chǎn)生自感電動勢，向電容和負載供電。由于變換器輸出電壓小于電源電壓，故稱為降壓變換器。

　　圖2 降壓型PFC主電路

　?。?）這種電路的主要優(yōu)點是：開關(guān)管所受的最大電壓為輸人電壓的最大值，因此開關(guān)管的電壓應(yīng)力較??；當(dāng)后級短路時，可以利用開關(guān)管實現(xiàn)輸出短路保護。

　?。?）該電路的主要缺點是：由于只有在輸人電壓高于輸出電壓時，該電路才能工作，所以在每個正弦周期中，該電路有一段因輸人電壓低而不能正常工作，輸出電壓較低，在相同功率等級時，后級DC／DC變換器電流應(yīng)力較大；開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出地不同，驅(qū)動較復(fù)雜，加之輸人電流斷續(xù)，功率因數(shù)不可能提高很多，因此很少被采用。

　　3.升降壓型PFC電路

　　升降壓型PFC電路如圖3所示，其工作過程如下：當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，電流IIN流過電感線圈，L儲能，此時電容C放電為負載提供能量；當(dāng)Q斷開時，IL有減小趨勢，L中產(chǎn)生的自感電動勢使二極管D正偏導(dǎo)通，L釋放其儲存的能量，向電容C和負載供電。

　　圖3升壓型PFC主電路

　?。?）該電路的優(yōu)點是既可對輸人電壓升壓又可以降壓，因此在整個輸入正弦周期都可以連續(xù)工作；該電路輸出電壓選擇范圍較大，可根據(jù)一級的不同要求設(shè)計；利用開關(guān)管可實現(xiàn)輸出短路保護。

　?。?）該電路的主要缺點有：開關(guān)管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和，因此開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大；由于在每個開關(guān)周期中，只有在開關(guān)管導(dǎo)通時才有輸入電流，因此峰值電流較大；開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出地不同，驅(qū)動比較復(fù)雜；輸出電壓極性與輸入電壓極性相反，后級逆變電路較難設(shè)計，因此也采用得較少。

　　提示：常用連續(xù)電流模式類功率因數(shù)校正芯片有TDA16888（PFC+PWM）、1PCS01（PFC）、L4981、FA4800（PFC+PWM）、UC3854、UCC3817、UCC3818等。

　　4.正激型PFC電路

　　正激型PFC電路如圖4所示，當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，二級管D1正偏導(dǎo)通，電網(wǎng)向負載提供能量，輸出電感L儲能。當(dāng)Q關(guān)斷時，L中儲存的能量通過續(xù)流二極管D2向負載釋放。

　　這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單，缺點是要增加一個磁復(fù)位回路來釋放正激期間電感中的儲能。

　　圖4 正激型PFC主電路

　　5.反激型PFC電路

　　反激型PFC電路如圖5所示，當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，輸入電壓加到高頻變壓器B1的原邊繞組上，由于B1副邊整流二極管D1反接，副邊繞組中沒有電流流過，此時，電容C放電向負載提供能量。當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷時，繞組上的電壓極性反向，二極管D1正偏導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量通過二極管D1向負載釋放。

　　這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單，且具有過載保護功能。

　　圖5 反激型PFC主電路