常用有源功率因数校正电路分类及工作原理分析
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
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COS Φ。
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。
有源功率因数校正
有源功率因数校正（APFC）原理说明本次设计采用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。
首先看下流程图：这个电路的主要部分是在元件UC3854和BOOST电路。
上图是UC3854的内部结构图。
其主要参数是它的乘法器。
乘法器是功率因素校正器的核心电路。
乘法器电路同时具有三个输入信号：控制电流，输入端电压，输出端电压。
最后，乘法器会输出一个电流。
BOOST电路：有储能电感，高频功率开关管，二极管和电容组成。
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。
工作原理：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。
首先，交流电通过全波整流后变成直流电，为双半波正弦信号。
其次，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。
本次设计参照原理图。
有源功率因数校正的分类
有源功率因数校正的分类一、引言有源功率因数校正是一种电力质量控制技术，它可以通过控制电网中的电流和电压来实现功率因数的校正。
在现代工业生产中，有源功率因数校正已经成为了一项重要的技术手段。
本文将介绍有源功率因数校正的分类。
二、静态有源功率因数校正静态有源功率因数校正是通过使用静态电子元器件来实现的。
其主要原理是利用晶闸管等器件对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。
静态有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定等优点，但是其缺点也很明显，即成本较高。
三、动态有源功率因数校正动态有源功率因数校正则是通过使用交流电机等动力设备来实现的。
其主要原理是利用交流电机等设备对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。
动态有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定等优点，并且成本相对较低。
四、混合型有源功率因数校正混合型有源功率因数校正是将静态有源功率因数校正和动态有源功率因数校正相结合的一种方式。
其主要原理是在电网中同时使用静态电子元器件和交流电机等设备，从而达到调整功率因数的目的。
混合型有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定、成本相对较低等优点，但是其实现难度也相对较大。
五、无刷直流电机型有源功率因数校正无刷直流电机型有源功率因数校正是一种新兴的技术手段。
其主要原理是利用无刷直流电机对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。
无刷直流电机型有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定、成本相对较低等优点，并且能够实现高效能转换。
六、总结本文介绍了几种常见的有源功率因数校正分类方法，包括静态有源功率因数校正、动态有源功率因数校正、混合型有源功率因数校正和无刷直流电机型有源功率因数校正。
每种方法都有其特点和适用范围，需要根据具体情况选择合适的方法进行应用。
有源功率因数校正电路(APFC)分析
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
第8章 功率因数校正电路
电压模式控制方法： 电压模式控制方法：
而电压模式是与振荡电路产生的固定三角波状电压 斜波比较， 斜波比较，
电流模式控制是一种固定时钟开启、 电流模式控制是一种固定时钟开启、峰 值电流关断的控制方法。 值电流关断的控制方法。
（峰值）电流模式控制不是用电压误差 峰值） 信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接 脉冲宽度，而是直接 信号直接控制 脉冲宽度 控制峰值输出侧的电感电流大小 峰值输出侧的电感电流大小， 控制峰值输出侧的电感电流大小，然后 间接地控制PWM脉冲宽度。 脉冲宽度。 间接地控制 脉冲宽度
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 。 I s∗的 幅 值 与 输 出 电 压 u C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 i F
中的电流有连续和断续两种工作模式， 由于升压电感L1中的电流有连续和断续两种工作模式，因此 可以得到电流环中的PWM信号即开关V 可以得到电流环中的PWM信号即开关V的驱动信号有两种产生 PWM信号即开关 方式： 方式： 一种是电感电流临界连续的控制方式（ 一种是电感电流临界连续的控制方式（峰值电流控制方式）； 另一种是电感电流连续的控制方式（平均值控制方式） 。 ）
6.1.3 有源功率因数校正的电路结构
(a) 双级式
(b) 单级式
图6-5 有源功率因数校正的电路结构
L1 ii ui EMI 滤滤滤 ＋ ud － iF
电流给定
VD Uo V C uC
C1
PWM 形形形形
采采 滤滤
采用UC3854的有源功率因数校正电路工作原理与应用
采用UC3854的有源功率因数校正电路工作原理与应用北京信息职业技术学院 100031 路秋生简介：本文主要介绍了有源功率因数校正（APFC）的工作原理、电路分类。
并对在国内得到广泛应用的UC3854集成电路的典型应用电路、工作原理做了介绍、分析。
关键词：功率因数（PF）有源功率因数校正乘法器除法器一．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。
低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。
同时，值低，则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，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。
由于常规整流装置常使用非线性器件（如可控硅、二极管），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量谐波电流成份，而谐波电流成份不做功，只有基波电流成份做功。
所以相移因数（）和电流失真系数（）相比，输入电流失真系数（）对供电线路功率因数（PF）的影响更大。
为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术标准，以限制谐波电流含量。
如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2等标准，它们规定了允许产生的最大谐波电流。
我国于1994年也颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93）。
传统的功率因数概念是假定输入电流无谐波电流（即I1=I rms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：1.使输入电压、输入电流同相位。
基础科普 有源功率因数校正技术该怎么分类
基础科普有源功率因数校正技术该怎么分类有源PFC技术是目前常见的功率因数校正技术，在很多电路系统的设计过程中都得到了充分的应用。
目前业内通常按照PFC技术的应用方向和电路拓扑形式对其进行分类，除此之外，还有一些别的分类方法，也同样可以对PFC技术进行分类。
今天主要针对PFC相关技术的分类为大家提供一些基础性的讲解，下面就让我们一起来看看吧。
在多数情况下，在开关电源中通常会对PFC电路按照拓扑结果进行分类，目前常见的有源功率因数校正变换电路有升压Boost、降压Buck、升降压和回扫四种类型，其中尤其以升压型的PFC电路结构最为流行。
在应用过程中，它的优点有很多。
第一，这种升压型的PFC电路能有效地抑制输入电源电流的谐波失真，完全可以达到甚至低于谐波电流畸变指标要求。
其次，升压型的PFC电路能将系统功率因数提高到几乎等于1的水平，完全能够满足世界各国对功率因数和总谐波含量的技术标准要求。
第三，输出低纹波含量的直流电压，能确保开关电源的电流波峰系数低于1.5。
第四，当输入交流电压在较大的范围内波动时，实现电压宽带输入，而输出电压可得到稳定的直流电压，能够延长使用寿命。
以上几种便是几个比较主要的有源PFC技术的分类，而在这些分类当中，我们要把握好有关于他们之间的区别与不同，这样才能够针对具体情况，进行实际操作当中的具体分析。
除了上面提及的按拓扑分类的方法外，有源PFC技术还可以采用其他的方法进行分类。
从变换电路的工作频率分为固定频率和可变频率两种；从电流控制方法上分有峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制三种；按电感扼流圈有无存储电流分，有连续传导模式，即CCM模式和不连续传导模式（DCM）两种，前者用于输出功率较大的场合，。
有源功率因数校正的原理
有源功率因数校正的原理
有源功率因数校正的工作原理是:
1. 电网侧的电压和电流通过检测电路采集后,进入控制电路。
2. 控制电路计算出功率因数PF的值。
3. 将检测到的功率因数与设置的目标功率因数值进行比较。
4. 根据两者的差异,控制电路产生对应的控制信号,驱动IGBT开关管。
5. IGBT开关管向电网放入一定幅值和相位的反相电压。
6. 反相电压与电网电压叠加,改变电网电流的相位角,从而校正电网的功率因数。
7. 不断检测反馈和校正,使功率因数稳定在目标值附近。
8. 达到预设的功率因数时,停止校正,待功率因数再次变化则重新启动。
通过快速的数字控制实现校正,有源功率因数校正器效果好、速度快、可靠性高。
但装置价格较贵。
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常用有源功率因数校正电路分类及工作原理分析
来源：半导体器件应用网
摘要：常用有源功率因数校正电路分为连续电流模式控制型与非连续电流模式控制型两类。
其中，连续电流模式控制型主要有升压型(Boost)、降压型(Buck)、升降压型(Buck-Boost)之分;非连续电流模式控制型有正激型(Forward)、反激型(Fly back)之分，下面对这几种电路的工作原理分别加以介绍。
关键字：有源功率因数校正电路,升压型PFC, PFC电路,工作原理
常用有源功率因数校正电路分为连续电流模式控制型与非连续电流模式控制型两类。
其中，连续电流模式控制型主要有升压型(Boost)、降压型(Buck)、升降压型(Buck-Boost)之分;非连续电流模式控制型有正激型(Forward)、反激型(Fly back)之分，下面对这几种电路的工作原理分别加以介绍。
1.升压型PFC电路
升压型PFC主电路如图1所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IL 流过电感线圈L，在电感线圈未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中，此时，电容C放电为负载提供能量;当Q截止时，L两端产生自感电动势VL，以保持电流方向不变。
这样，VL与电源VIN串联向电容和负载供电。
图1 升压型PFC主电路
这种电路的优点是：(1)输入电流完全连续，并且在整个输人电压的正弦周期内都可以调制，因此可获得很高的功率因数;(2)电感电流即为输入电流，容易调节;(3)开关管栅极驱动信号地与输出共地，驱动简单;(4)输入电流连续，开关管的电流峰值较小，对输入电压变化适应性强，适用于电网电压变化特别大的场合。
主要缺点是输出电压比较高，且不能利用开关管实现输出短路保护。
2.降压型PFC电路
降压型PFC电路如图2所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IL 流过电感线圈，在电感线圈未饱和前，电流IL线性增加;当开关管Q关断时，L两端产生自感电动势，向电容和负载供电。
由于变换器输出电压小于电源电压，故称为降压变换器。
图2 降压型PFC主电路
(1)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。
(2)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。
3.升降压型PFC电路
升降压型PFC电路如图3所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IIN 流过电感线圈，L储能，此时电容C放电为负载提供能量;当Q断开时，IL有减小趋势，L中产生的自感电动势使二极管D正偏导通，L释放其储存的能量，向电容C和负载供电。
图3升压型PFC主电路
(1)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。
(2)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。
提示：常用连续电流模式类功率因数校正芯片有TDA16888(PFC+PWM)、1PCS01(PFC)、L4981、FA4800(PFC+PWM)、UC3854、UCC3817、UCC3818等。
4.正激型PFC电路
正激型PFC电路如图4所示，当开关管Q导通时，二级管D1正偏导通，电网向负载提供能量，输出电感L储能。
当Q关断时，L中储存的能量通过续流二极管D2向负载释放。
这种电路的优点是功率级电路简单，缺点是要增加一个磁复位回路来释放正激期间电感中的储能。
图4 正激型PFC主电路
5.反激型PFC电路
反激型PFC电路如图5所示，当开关管Q导通时，输入电压加到高频变压器B1的原边绕组上，由于B1副边整流二极管D1反接，副边绕组中没有电流流过，此时，电容C放电向负载提供能量。
当开关管Q关断时，绕组上的电压极性反向，二极管D1正偏导通，储存在变压器中的能量通过二极管D1向负载释放。
这种电路的优点是功率级电路简单，且具有过载保护功能。
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