開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例之：概述

于是功率因數(shù)校正電路的基本思想是將整流器與濾波電容隔開，使整流電路由電容性負(fù)載變?yōu)殡娮栊载?fù)載。在功率因數(shù)校正電路中，其隔離型電路如圖1-7所示。但這種電路結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的電隔離。

圖1-6常規(guī)開關(guān)電源輸入電壓與輸入電流波形

圖1-7基本隔離型PFC電路

圖1-8電容輸入的電路

新型低污染、高效率、低應(yīng)力、低輸出紋波開關(guān)電源主要包括EMI及浪涌吸收濾波電路，前級(jí)有源軟開關(guān)功率因數(shù)校正電路，相移諧振軟開關(guān)DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。

一般開關(guān)電源的輸入整流電路如圖1-8所示，市電經(jīng)整流后對(duì)電容充電，其輸入電流波形為不連續(xù)的脈沖，如圖1-9所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值I為：

式中，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量。

諧波電流使電力系統(tǒng)的電壓波形發(fā)生畸變，將各次諧波有效值與基波有效值的比稱之為總諧波畸變(TotalHarmonicDistortion，THD)其表達(dá)式為：

THD=

顯然，無論是從電流的最小化還是減小對(duì)其他設(shè)備的干擾角度來看，對(duì)每個(gè)諧波設(shè)定限制可以更好地完成控制輸入電流“污染”的任務(wù)。

（1）功率因數(shù)校正的基本原理

由功率因數(shù)PF==1可知，要提高功率因數(shù)，有兩個(gè)途徑：

①使輸入電壓、輸入電流同相位。此時(shí)=1，所以所以PF=。

②使輸入電流正弦化。即=I1(諧波為零),有/I1=1。

利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻，所以有的地方又把功率因數(shù)校正電路叫做電阻仿真器。

功率因數(shù)校正電路，基本上是一個(gè)AC/DC變換器。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的變換器利用脈沖波寬度調(diào)變(PulseWidthModulation,PWM)來調(diào)整輸入功率的大小，以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需的功率，脈沖波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)(通常利用功率MOSFET來達(dá)成)將DC輸入電壓切成一串電壓脈沖波，隨后利用變壓器和快速二極管將其轉(zhuǎn)成平滑的DC電壓輸出，這個(gè)輸出電壓隨即與一個(gè)參考電壓(這個(gè)電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓值)做比較，所產(chǎn)生的電壓差回饋至PWM控制器，利用這個(gè)誤差電壓信號(hào)來改變脈沖波寬度的大小，如果輸出電壓過高，脈沖波寬度會(huì)減小，進(jìn)而使輸出電壓降低，以使輸出電壓回復(fù)至正常輸出值。

PFC增加了一個(gè)更先進(jìn)的器件，使得來自AC電源的電流是一個(gè)正弦波并且與AC電壓同相位，此時(shí)誤差電壓信號(hào)的調(diào)變是由整流后的AC電壓和輸出電壓的變化來控制，最后誤差電壓信號(hào)回饋至PWM控制器，也就是說當(dāng)AC電壓較高時(shí)PFC就從AC電源吸取較多的功率，反之若AC電壓較低則吸取較少的功率，如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生。

(2)PFC技術(shù)分類

功率因數(shù)校正電路分為有源和無源兩類，無源校正電路通常由大容量的電感、電容組成。雖然無源功率因數(shù)校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因數(shù)校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù)提高到0.7～0.8，因而在中小功率電源中被廣泛采用。無源PFC，電路的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，實(shí)際上是采用矽鋼片制成的工頻電感，它利用電感線圈內(nèi)部電流不能突變的原理調(diào)節(jié)電路中的電壓及電流的相位差，使電流趨向于正弦化以提高功率因數(shù)。無源PFC結(jié)構(gòu)笨重，工作時(shí)常帶有低頻振動(dòng)并引發(fā)低頻噪聲，相對(duì)于有源PFC電路，無源PFC的功率因數(shù)要低得多，一般只有70%左右。無源PFC固有的不可克服的缺點(diǎn)如下。

② 電源重量和體積增加。

④ 當(dāng)電源功率超過300W以上，無源PFC，在材料成本及產(chǎn)品性能表現(xiàn)上將突出其不可克服的多種的缺陷。

有源功率因數(shù)校正電路自20世紀(jì)90年代以來得到了迅速推廣，它是在橋式整流器與輸出電容濾波器之間加入一個(gè)功率變換電路，使功率因數(shù)接近1。有源PFC具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，通過專用IC去調(diào)整電流的波形，對(duì)電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。

有源PFC，可以達(dá)到較高的功率因數(shù)，通?？蛇_(dá)98%以上，具有輸入電壓范圍寬等優(yōu)越的電氣性能，但成本也相對(duì)較高。此外，有源PFC，還可用作輔助電源，因此在使用有源PFC中，往往不需要待機(jī)變壓器，而且有源PFC，輸出直流電壓的紋波很小，這種電源不必采用很大容量的濾波電容。與無源PFC類似，有源PFC，工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲，只不過是高頻噪聲。相對(duì)于無源PFC，有源PFC復(fù)雜，成本較無源PFC，要高得多，有源PFC工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，體積小、重量輕，比無源

功率因數(shù)校正電路效率高。主要應(yīng)用于中高端電源產(chǎn)品。相對(duì)于無源PFC，有源PFC，具有的優(yōu)點(diǎn)如下。

② 隨著IC器件需求增加，成本將隨之降低。

④ 功率因數(shù)接近完美的100%，使電力利用率極佳化，對(duì)環(huán)保有益。