pfc电源电路原理图
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。
第8章PFC原理及设计实例
第8章PFC原理及设计实例
PFC (Power Factor Correction) 是一种用来提高电力系统功率因数的技术。
功率因数是指电流和电压之间的相位差，用来衡量电能有效利用的程度。
功率因数为1意味着电流和电压完全同相位，实际上就是全部的电能被有效利用，没有能量浪费。
而功率因数小于1则表示有一部分电能被浪费。
PFC技术的目标是使功率因数尽可能地接近于1，减少能量的浪费。
PFC电路一般采用开关电容器，通过调整电感使电流和电压保持同相位，达到功率因数的提高。
PFC技术用于各种电力系统，比如电源适配器、电机驱动器、照明系统等。
PFC的设计实例可以参考以下情况：以一个电源适配器为例。
电源适配器是将交流电转换为直流电的设备，常用于电子产品如笔记本电脑、手机等。
在没有PFC的情况下，电源适配器的功率因数可能很低，导致能量的浪费和电网的压力增加。
在设计PFC电路时，首先需要选择适当的拓扑结构，常见的有Boost 拓扑、Flyback拓扑等。
然后，需要根据输入电压和输出功率来选择适合的电感、电容和开关管的参数。
此外，还需要根据具体需求选择合适的控制策略，如连续导通模式和断续导通模式。
在实际应用中，PFC电路还需要考虑到潜在的电磁干扰和过冲问题。
为了解决这些问题，可以采用滤波器和过压保护电路等措施。
总而言之，PFC技术是提高电力系统效率、减少功耗的重要手段。
设计PFC电路需要考虑电路结构、元件选择和控制策略等因素，以满足实际
需求。
PFC的应用可以在各种电力系统中实现，从而提高电能利用率，减少能源浪费。
pfc电路原理
pfc电路原理
PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）电路是一种用
于改善电力系统功率因数的电路。
它通过控制输入电流的相位和振幅，使其与输入电压同相且接近正弦波，从而有效提高电力系统的功率因数。
PFC电路通常由三个主要部分组成：整流器、电容器和控制电路。
整流器将交流电源的电流转换成直流电流，并通过电容器存储能量。
控制电路对电容器的充电和放电进行控制，使得电容器的电流与输入电压同相且接近正弦波。
在PFC电路中，功率因数是衡量系统电能利用效率的参数。
功率因数的范围介于0和1之间，数值越接近1，说明设备对
电能的利用效率越高。
如果功率因数低于0.9，说明系统存在
着功率因数不足的问题，需要通过使用PFC电路来进行校正。
PFC电路的工作原理是通过控制开关装置（例如MOSFET）
的导通和截止来调整电流的相位和振幅。
当输入电压为正时，开关装置导通，电容器开始充电，使得电流与输入电压同相。
当输入电压为负时，开关装置截止，电容器开始放电，使得电流与输入电压反相。
通过这样的控制，PFC电路能够实现电流的同相性和谐波的减少，从而提高功率因数。
PFC电路的应用范围非常广泛，例如家用电器、电动工具和电子设备等。
通过使用PFC电路，可以显著改善电力系统的功
率因数，减少潜在的功率损耗，提高能源利用效率，保护电力设备并减少对电网的负荷影响。
PFC电路
2.2 2.2 Boost Boost 型PFC 电路的电路的原理结构原理结构原理结构单相Boost 型PFC 电路结构如图2-1所示，它包含有一个全桥整流电路和一个Boost 升压电路。
与其他拓扑相比，其主要特点为：1)输入电感电流即为电源输入电流，便于电流控制，非常适用于PFC ；2)结构简单，效率高；3)输入电流工作于连续状态，EMI 干扰小；4)驱动电路简单，无需与主电路隔离。
图2-1 Boost 型PFC 主电路Fig. 2-1 Boost power factor correction converter电路的工作原理为：当开关管S 导通，则快恢复二极管D 反向截止，输入电压通过整流桥后加在输入电感L 上，电感电流上升，上升速度与输入电压成正比；当开关管S 截止，则D 导通，电感L 通过二极管放电，放电速度与输出电压和输入电压之差成正比。
单相Boost 型PFC 电路最大的优点在于它的输入电感上。
根据电感具有电流不可突变的特性，当输入电感工作在CCM 模式下时，输入电流开关纹波最小，输入滤波器的设计将非常简洁经济，从而大大降低了在输入侧EMI 设计方面的难度。
通过对开关管S 进行PWM 调制，使得输入电流波形跟随输入电压波形，实现单位功率因数。
如图2-2所示。
图2-2 输入电压和电感电流波形Fig. 2-2 Waveforms of input voltage and inductor current2.2.33 平均电流模式控制平均电流模式控制的的PFC 数学模型平均电流模式的特点是对噪声不敏感，能较好的兼顾处理连续模式与非连续模式下的输入电流波形质量，且对轻重载都能实现不错的的功率因数，因此大部分的PFC 控制方式都采用平均电流模式。
采用平均电流模式控制的Boost 型PFC 电路如图2-3所示[35]。
控制电路主要由电流环、电压环及乘法器组成。
其中，电压环和电流环的设计是整个PFC 电路的核心。
pfc电路工作原理详解
pfc电路工作原理详解PFC（Power Factor Correction，功率因素校正）是一种传统电源技术，它能有效减少电路系统中的有害消耗和负载电流波动，以节省电力和改善稳定性&&质量。
为此，PFC电路能检测当前负载以及调节输入电源的电流。
PFC电路使用半桥或全桥驱动器来把施加在电路输入端的直流电压调整为变频器需求的电压，并且实现对电阻负载进行频率变换。
它将电压输出的频率变成普通的变频器驱动，很好的解决负载变化大的问题。
根据PFC电路要求，输出电压需要恒定，因此，输入电流也应该稳定。
当负载发生变化时，PFC电路会自动调整输入电流，以保持定义的输出电压装置不变，这也保证了功率因素的稳定。
PFC电路的主要功能是实现电压的反馈。
当检测到输出电压的变化时，控制器会根据所设定的阈值和反馈算法来调节输入电源的电流和功率，以便维持输入电压的稳定，也就是功率因素的恰当控制。
由于PFC电路具有自动调整电流负载的功能，能够有效节省电源输出，具有较高的稳定性，减少环境对电路系统的影响，从而变频器的工作性能也会得到改善。
PFC电路使用半桥/全桥驱动器来将电压进行变换，并且输出变频需求的电流。
随着功率或负载发生变化，电流反馈器会对输入电压进行调节，以维护功率因素的恰当控制，减少输入的电能消耗，从而改善工作质量。
总的来说，PFC电路是一种电源技术，它是使用半桥/全桥驱动器把施加在电路输入端的直流电压调整为变频驱动的需求电压，利用反馈机制进行调节，以维持有效的功率因数输出以及减少有害消耗。
PFC电路不仅具有有效节省电源能量和调节负载电流波动的优点，而且还可以提高灵敏度、抑制电路系统的抖动、提高产品质量，升级变频器的运行质量，取得极大的实际效益，是当今许多系统的必备元件之一。
PFC电路的基本结构和工作原理
PFC电路的基本结构和工作原理上图为未加入PFC电路的整流电路的原理方框图，下图为工作波形。
由以上分析我们可以看出．未加入PFC电路的整流电路稳定工作以后，只有在市电电压的正负峰值附近二极管才导通，产生脉冲电流。
造成离线电源功率因数降低的原因在于电流的导通角太小，在半个周期内远远小于180°，提高功率因数就要设法使电流的波形在整个周期内追踪电压的波形。
既然造成导通角太小的原因是整流器后面接人的大容量滤波电容，有源PFC电路基本思想就是在整流器和大容量滤波电容之间加入一级初级调整，把两者进行隔离，此PFC初级调整变换器输出一个基本稳定的DC电压，同时其输入电流能按照和市电一样的正弦规律变化。
下图所示电路为加入PFC电路的基本结构和工作原理。
通过比较，我们可以比较明确看出PFC 电路在电源电路结构中的位置和作用。
尽管PFC电路的具体形式繁多，不尽相同，工作模式也不一样（CCM电流连续型、DCM不连续型、CRM临界型），但基本的结构大同小异，大部分都是采用升压的boost拓扑结构，因为这种电路形式优点比较多。
这也是一种典型的升压开关电路，基本的思想就是前面说的把整流电路和大滤波电容分割，通过控制PFC开关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化。
工作原理并不复杂，彻底搞清楚这个基本电路的原理，就能触类旁通，给独立分析电路打下基础。
在这个电路中．PFC电感L在MOS开关管0导通时储存能量，在开关管截止时．电感L上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管Dl对大的滤波电容充电，输出能量，只不过其输入的电压是没有经过滤波的脉动电压。
值得注意的是，平板电视大部分PFC电感L上大都并联着一个二极管D2，该二极管D2具有保护作用。
大家知道：PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的，由于电感L上的电流不能突变，就对大的滤波电容C的浪涌电流起了限制作用。
并联保护分流二极管D2．由于没有电感的限制作用，对滤波电容的冲击反而会更大，但它可以保护升压二圾管，特别是PFC开关管。
无桥PFC方案原理及实例实用
产品的应用：氮化镓的无桥PFC
图腾PFC是一种最高效的无桥PFC，周边器件少。
将高频开关的Q1,Q2换成氮化镓FET以实现高效的 CCM操作
1000W的氮化镓无桥PFC 效率达99.2%以 上
50kHz 100kHz 150kHz 200kHz 250kHz
230V:400V boost
99.16% 99.03%
Totem pole
99.1% 98.97% 98.84% 98.7% 98.57%
Totem pole with EMI filter and current sense
98.9% 98.77% 98.64% 98.5% 98.37%
频率越高体积越小
采用氮化镓实现全电源97.5%效率（AC‐DC 1000W)
将Transphorm公司的无 桥PFC板及LLC的演示板 整合起来就得到97.5%以 上效率的电源
Eff. (%)
POUT (W)
采用氮公镓方案的1000W 无桥 PFC电源的效率 99.2%
采用氮化镓的LLC电源效率 1000W 98.8%
2.4kW Totem Pole PFC using Tranphorm’s TPH3205WS(63mΩ) in TO247
Output Power (W)
Efficiency at high‐line input
99.5
200
99
180
98.5
160
98
140
97.5
120
eff
97
100
Ploss
96.5
80
96
60
95.5
40
95
20
94.5 0
PFC电路与BOOST电路设计实例解析ppt课件
f (mmin )
sin 2 t dt
0
1
1
sint
mm in
12
基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法——DCM
要保证电感电流断续，必须满足d1+d2<1 随着mmin=Vo/Vin的增加，d1+d2先减小后增大 因此在输入电压较小与较大时均会使电感电流趋
于连续
通常在断续模式下的电感量设计中按最低输入电 压时确参数。
优点
单周控制能优化系统响应 减小畸变和抑制电源干扰 反应快 开关频率恒定 鲁棒性强 易于实现 抗电源干扰 控制电路简单
34
PFC控制方法——CCM-总结
CCM 模式下控制策略总结
（1）峰值电流控制 ：优点是实现容易，缺点是当交 流 电 网电压从零 变化到峰值时，占空比变化太大。在占空比>50%时，电流环会产生 次谐波振荡现象。
DCM的关键
要想保证电路在一定电压范围内处于断续模式，关键是电感 量的设计，下面给出电感量设计的最终公式：
d
d1
d2
Vo
mmin 2
(mmin sint)
2 L f s Po
f (mmin )
d1其中为MOS管导通占空比，d2为续流二极管导通占空比， L为电感量，fs为开关频率，Po为输出功率，mmin为Vo/Vin
（2）平均电流控制 ：优点是电流环有较高的增益带宽、跟踪误差小、 瞬态特性较好、THD(<5%)和EMI小、对噪声不敏感、开关频率固定、 适用于大功率应用场合，其缺点是参考电流与实际电流的误差随着占 空比的变化而变化，从而可能会产生低次电流谐波。
（3）滞环电流控制 ：优点是电流环带宽高，具有很强且具有很强的鲁 棒性和快速动态响应能力，电流跟踪误差小，硬件实现容易。其缺点 负载大小对开关频率影响较大，不利于设计输出滤波器的优化设计。