有源功率因数校正
单相有源功率因数校正电路的设计与实现
单相有源功率因数校正电路的设计与实现引言在电力系统中，功率因数是衡量电路有用功率和视在功率之间关系的一个重要参数。
功率因数不高会导致电网负荷增加、能源浪费等问题。
为了解决这些问题，我们需要设计和实现一个单相有源功率因数校正电路。
本文将详细介绍单相有源功率因数校正电路的设计原理、实现方法以及相关注意事项。
设计原理单相有源功率因数校正电路主要通过引入合适的补偿电流来改善系统的功率因数。
其基本原理是利用控制器对负载端的电流进行采样，并通过控制信号驱动逆变器输出合适的补偿电流。
具体来说，该校正电路包含以下几个主要组成部分：1.采集模块：用于采集负载端的电流信号。
2.控制模块：通过对采集到的信号进行处理，生成控制信号。
3.逆变器模块：将控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
4.滤波模块：对逆变器输出进行滤波处理，以确保补偿电流的稳定性。
5.反馈模块：将逆变器输出的补偿电流反馈到负载端，实现功率因数校正闭环控制。
设计步骤步骤一：采集模块设计采集模块主要用于采集负载端的电流信号。
常用的采集方法有两种：传感器式采集和非传感器式采集。
1.传感器式采集：通过电流互感器或霍尔传感器等，将负载端的交流电流转化为低频信号。
然后通过滤波和放大电路，将信号处理成微弱但具有较高精度的直流电压信号。
2.非传感器式采集：利用测量负载端两个相邻导线之间的压差来计算负载端的电流值。
这种方法不需要直接接触负载线路，可以减少对系统的干扰。
步骤二：控制模块设计控制模块主要对采集到的负载端电流信号进行处理，并生成相应的控制信号。
主要包括以下几个步骤：1.信号放大与滤波：对采集到的低频信号进行放大和滤波处理，以提高信号质量和减小干扰。
2.采样与比较：将处理后的信号与参考信号进行比较，得到误差信号。
3.控制算法：利用控制算法（如PID控制）对误差信号进行处理，生成控制信号。
步骤三：逆变器模块设计逆变器模块主要将控制模块生成的控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
有源功率因数校正 总结
有源功率因数校正一、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 ＝SP ＝R L L I U I U φcos 1=RI I 1cos φ= γcos φ （1） 式中：γ：基波因数，即基波电流有效值I 1与电网电流有效值I R 之比。
I R ：电网电流有效值I 1：基波电流有效值U L ：电网电压有效值cos Φ：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γ=1，所以PF ＝γ·cos Φ＝1·cos Φ＝cos Φ。
当线性电路且为纯电阻性负载时，PF ＝γ·cos Φ＝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（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。
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(Continuous Conduction Mode)和不连续导通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)。
功率校正pfc原理说明
有源功率因数校正（APFC）原理说明APFC 基本电路就是一种开关电源，但它与传统的开关电源的区别在于：DC/DC 变换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都受到实时的检测与监控，其控制的结果是达到全波整流器输入功率因数近似为 1 。
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。
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。
具体工作过程为：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。
采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM）的原因: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。
平均电流控制法（CCM）：CCM 采用乘法器方法来实现APFC，其电路相对复杂，但工作频率固定，电感电流连续，开关管电流有效值小、EMI 滤波器体积小、输入电流波形失真小。
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设计
有源功率因数校正电路设计
有源功率因数校正电路是一种电路设计方案，用于调整电路功率因数，提高功率因数的数值。
传统的电路设备通常具有低功率因数，这会导致能
源浪费和电网负载过大。
有源功率因数校正电路的设计目的是使电路的功
率因数尽可能接近1，提高能源利用率和电力系统的稳定性。
直流母线电压检测模块用于检测直流母线的电压，并将其转化为电压
信号输出。
交流输入电压检测模块用于检测交流输入电压，并将其转化为
电压信号输出。
这两个模块的信号将作为输入信号输入到控制逻辑与驱动
模块。
这些输入信号将被控制逻辑模块分析处理，用于控制整流器和直流
-交流逆变器模块。
整流器模块的作用是将交流电转化为平滑的直流电，在此过程中，由
于非线性元件的存在，电流波形可能会出现畸变。
因此，需要使用滤波电
路对电流进行滤波，消除谐波，并将输出电流的波形调整为与输入电压同
频率的正弦波。
直流-交流逆变器模块的作用是将直流电转化为交流电，并将其输出。
为了使逆变器的工作更加稳定，需要使用滤波电路对输出电流进行滤波，
消除谐波，并将波形调整为与输入电压同频率的正弦波。
功率放大器输出滤波模块的作用是对功率放大器输出的电流波形进行
滤波，使其更加接近理想的正弦波，并消除谐波。
总的来说，设计有源功率因数校正电路需要综合运用电路和控制理论
的知识。
通过合理设计各个模块之间的关系和参数，可以实现对电路功率
因数的校正和调整，提高电路的能源利用率和稳定性。
有源功率因数校正电路设计
有源功率因数校正电路设计
首先，根据实际的电流和电压信号，使用运算放大器将信号放大到合
适的电压范围。
然后通过滤波电路对信号进行滤波，去除高频噪声。
接下来，将滤波后的信号输入到比较器中进行相位比较。
根据相位差
的方向和大小，通过控制电路的输出信号来调整功率因数。
在实际设计中，还需要考虑一些因素，以确保电路的稳定性和可靠性。
首先，选择合适的电流和电压采样电阻，以确保采样信号的准确性和稳定性。
其次，根据负载的特性和要求，选择合适的比较器和控制电路，以实
现所需的功率因数校正。
此外，还需要考虑电路的温度特性和工作环境的影响。
因为温度对电
阻和其他电子元件的性能有很大影响，所以在设计过程中需要采取适当的
温度补偿措施。
此外，还需要考虑电路的成本和功耗。
根据实际需求，选择合适的元
件和电路结构，以降低成本和功耗。
总之，有源功率因数校正电路的设计需要综合考虑电路的原理和性能
要求，以及实际应用的需求和经济因素。
只有在充分理解电路原理的基础上，才能设计出稳定可靠、性能优良的有源功率因数校正电路。
电子电路中的功率因数校正方法
电子电路中的功率因数校正方法在电力系统中，功率因数是衡量负载的有效功率与视在功率之比的指标，它的大小直接影响到电路的效率和能耗。
功率因数过低不仅会造成能源的浪费，还会导致电网负荷过大，甚至影响到电力设备的正常运行。
因此，为了提高电子电路的效率和减少能源浪费，我们需要采取合适的功率因数校正方法。
一、有源功率因数校正方法有源功率因数校正是通过引入功率因数校正装置来改善功率因数的方法。
这种方法主要利用电容器、电感器等能够主动吸收或释放无功功率的器件，在电路中实现无功功率的补偿，从而提高功率因数。
电容器校正法是一种常见的有源功率因数校正方法。
通过并联连接电容器，可以补偿电路中的无功功率，并提高功率因数。
电容器校正法具有动态响应快、控制简单、成本较低等优势，广泛应用于各种电子设备和家居电器中。
二、无源功率因数校正方法无源功率因数校正是通过改变电路的拓扑结构和元器件的参数来实现功率因数的校正。
这种方法通常不需要外部能量源，适用于一些不便于引入有源装置的场合。
改变电路拓扑结构是一种常见的无源功率因数校正方法。
通过重新设计电路的连接方式，可以改变电路的功率因数。
比如，将并联电容器改为串联电容器，或者将串联电感器改为并联电感器，都可以改善功率因数。
改变元器件参数也是一种常用的无源功率因数校正方法。
比如，通过改变电容器的容值或电感器的感值，可以调整电路的无功功率，从而改善功率因数。
这种方法需要根据实际电路的负载情况和功率因数要求进行参数匹配，以达到最佳校正效果。
三、主动功率因数校正方法主动功率因数校正是一种较为高级的功率因数校正方法，它通过监测电路的功率因数，再由控制器控制相关装置实现校正。
这种方法具有较强的自动化和智能化特点，能够实时监测和调整功率因数，保持电路的最佳工作状态。
主动功率因数校正方法通常采用微处理器或数字信号处理器作为控制器，并配合电容器、电感器等装置进行校正。
控制器根据电路的负载变化和功率因数需求，计算出所需的校正量，并控制装置的工作状态和参数，实现功率因数的校正。
第8章 有源功率因数校正技术
第8章 有源功率因数校正技术
第8章 有源功率因数校正技术 8.1 单相有源功率因数校正原理
8.2 CCM单相BOOST功率因数校正变换器
8.3 DCM单相BOOST功率因数校正变换器 8.4 其他单相功率因数校正变换技术 8.5 三相PFC原理 8.6 本章小结
8.1 单相有源功率因数校正原理 8.1.1 电阻负载模拟
8.3.1 CRM单相BOOST功率因数校正变换器电路分析
8.3.1 CRM单相BOOST功率因数校正变换器电路分析
8.3.1 CRM单相BOOST功率因数校正变换器电路分析
图8-26 开关频率极小值与 输入电压有效值的关系
8.3.1 CRM单相BOOST功率因数校正变换器电路分析
8.3.1 CRM单相BOOST功率因数校正变换器电路分析
8.4.3 窗口控制功率因数校正变换电路
图8-37 窗口功率因数校正变换电路实现方式
8.5 三相PFC原理 8.5.1 三相单开关Boost PFC电路的控制
8.5.2 三相六开关PFC电路的控制
8.5.3 其他三相PFC电路
8.5 三相PFC原理
图8-38
三相单开关Boost PFC电路
8.5.1 三相单开关Boost PFC电路的控制 1.工作原理
8.3.2 CRM单相BOOST功率因数校正变换器的控制
图8-27 CRM单相BOOST功率因数校正 变换器的控制框图
8.4 其他单相功率因数校正变换技术 8.4.1 无桥型功率因数校正变换电路
8.4.2 低频开关功率因数校正变换电路
8.4.3 窗口控制功率因数校正变换电路
8.4.1 无桥型功率因数校正变换电路
8.2.2 CCM单相BOOST功率因数校正变换器的控制
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有源功率因数校正
• 根据APFC拓扑分类
• 降压式 • 升/降压式 • 反激式 • 升压式
有源功率因数校正
• 降压式
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。 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。
有源功率因数校正
•Байду номын сангаас升降压式
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。 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。
有源功率因数校正
• 有源功率因数校正(APFC)电路是在整流器和负载之间接入 一个DC/DC开关变换器,应用电压电流反馈技术,使输入端 电流波形跟随输入正弦电压波形,从而使输入电流的波形 也接近正弦波,以达到提高功率因数的目的.由于在此电路 中使用了有源器件,所以称为有源功率因数校正电路。
图1 有源功率因数校正原理
有源功率因数校正
有源功率因数校 正
小组成员：徐勇、常惜阳、付美真、王启龙、王嘉 炜、陈玉民、管红立、瞿林飞、田小龙、王彦刚
有源功率因数校正
• 概述 • 分类
根据APFC拓扑分类 根据输入电压不同分类 根据电感电流控制方式分类
• 总结
有源功率因数校正
功率因数校正技术包括无源功率因数校正和有 源功率因数校正. 无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成, 只能将功率因数提高到0.7~0.8,一般应用在中小功 率电源中. 有源功率因数校正电路是在桥式整流器与输出 电容滤波器之间加入一个功率变换电路,能够使功率 因数提高到接近1,它工作于高频开关状态,体积小、 重量轻,比无源功率因数校正电路效率高,从20世纪 80年代中后期开始成为电力电子领域研究的热点,90 年代后得到了迅速推广.
有源功率因数校正
• 连续导通模式(CCM)
CCM模式下的电流控制是目前应用最多的控制方式。它是将输入电压 信号与输出电压误差信号相乘后作为电流控制器的电流给定信号，电流 控制器控制输入电流按给定信号变化，CCM模式根据反馈电流，产生了三 种常用的控制方法：峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制。 CCM方式的APFC工作在连续导通模式,相对于DCM,CCM具有以下优点: •输入和输出电流纹波小; •器件导通损耗小; •适用于大功率应用场合。
图3 单极PFC方案
有源功率因数校正
• 单极PFC
该方案与传统的两级电路相比省掉了一个MOSFET, 增加 了一个二极管, 集功率因数校正和输出隔离、 电压稳定于一 体, 结构简单, 效率高. 但分析和控制复杂, 适用于单一集中式 电源系统。
它的输入电流有些畸变, 但仍能满足电流谐波含量的要 求。 另外，单极PFC还存在储能电容上电压高的问题。
有源功率因数校正
• 根据输入电压不同分类
• 三相 两级 PFC • 单相 单级 PFC
有源功率因数校正
• 三相PFC
三相 PFC有输入功率高等优点, 然而它又存在三相之间耦 合问题的严重缺点, 控制机理复杂, 研究难度大, 所以单相 PFC 的研究较多并相对成熟。
有源功率因数校正
• 两级 PFC
有源功率因数校正
• 反激式
反激式的输出与输入隔离,输出电压可以任意选择,采用简单电压型控制,适用于150W以 下功率的应用场合。
有源功率因数校正
• 升压式
升压式是简单的电流型控制,PF值高、DTH小、效率高,但是输出电压高于输入电压, 适 用于 75~2000W功率范围的应用场合。 升压式APFC具有以下优点: 1)电路中的电感 L适用于电流型控制; 2)由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器上保持高电压,所以电容器体积小、储能大; 3)在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数; 4)当输入电流连续时, 易于EMI滤波; 5)升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变, 因而可提高电路工作的可靠性. 因此, 目前升压式有源功率校正电路应用最为广泛。
正激 反激等
有源功率因数校正
• 两级 PFC 两级 PFC虽然功率因数校正效果不错, 但由于用 Boost升 压的电路母线电压高于输入电压峰值, 电容电压过高。另外, 由于两级传输,使得控制复杂, 传输效率低, 成本也较高。
有源功率因数校正
• 单级PFC
单极PFC将前置级 Boost电路和后随级反激或正激变换器 环节 MOSFET公用, 如图 3所示。
有源功率因数校正
• 根据电感电流控制方式分类
• 不连续导通模式(DCM) 恒频控制 变频控制 等面积控制 直接电流控制 • 连续导通模式(CCM) 峰值电流控制 平均电流控制 滞环电流控制
间接电流控制 • 临界或过渡导通模式(TCM)
有源功率因数校正
• 不连续导通模式(DCM)
DCM的控制又称电压跟踪方法, 可以采用恒频、变频、等面积等多种方式。 它工作在不连续导通模式, 用电压跟随器的方法来实现 APFC, 采用此方法比较简 单、方便, 但开关峰值电流大,由此导致通态损耗增加. 同时,功率因数与输入和输出电压的比值有关, 当输入电压变化时, 功率因数也 将发生变化, 因此, DCM方式的APFC电路很少被采用。
两级 PFC方案如图 2所示. 所谓两级, 指的是 PFC前置级和 DC /DC后随级。 PFC前置级使输入电流跟随输入电压, 实现功率因数校正; DC /DC后随级实现隔离和降压。 其优点是每级电路可单独分析、 设计和控制, 特别适合 作为分布式电源系统的前置级。
Buck Boost（常用） Buck -Boost 图2 两级PFC方案
有源功率因数校正
• 临界或过渡导通模式(TCM)
相对于CCM来说,TCM方式的输入电流, 输出电压的纹波 比较大, 因而对开关的冲击较大, 同时开关的导通损耗也比较 大.
有源功率因数校正
总结
• 在功率因数校正中,CCM模式中直接电流控制依然是该领域 发展的主流,适用于对系统性能指标和快速性要求较高的大 功率场合. • 但同时DCM模式以及电压控制方式也将成为研究的方向. • 而简化控制策略、降低PFC成本、提高响应速度、降低器件 开关应力、提高整机效率是大家共同追求的目标. • 对新拓扑结构、新控制策略的研究将成为重点. • 另外,将有源功率因数和无源功率因数校正技术相结合的部 分有源功率因数校正技术也会成为一个重要的研究方向. • 在有源功率因数校正技术中,各种控制策略都有自身的优缺 点,因而将各种控制策略同时运用,相互补充,也是有源功率 因数校正技术发展的一个重要方向.