功率因数校正的工作原理
第9章功率因数校正技术
Ts=T1/N
• 开关电流的周期平均值为
iSA D L i1 D iL
•
开关电流的周期有效值为
iSR D iL1D iL
25
• 而开关电流在输入电压周期内的有效值为
ISR
1 T1
T1 0
iS2dt
1 T1
N1 k 0
TS 0
iS2dt
1 N1 T1 k0 D k TS
I12 sin2 1t
电路控制所需的电压控制、平均电流跟踪控 制、乘法器、驱动、保护、和基准源等全部 电路，使用方便。其主要特点和技术参数为：
– 电源电压：18～35V – 工作频率：10～200kHz – 基准源电压：7.5V – 驱动电流：0.5A（平均值），1.5A（峰值）
27
• 该芯片的内部结构及构成的典型电路如图9-7 。
VD1 VD3 VD5 +
A
LA
LB
B
LC
C
VD7
S
C
VD2 VD4 VD6
图（9-8）
31
• 该电路是工作在电流不连续模式时的升压型斩 波电路。
• PFC电路中D和D′都是时变量，因此用D(t)和
D′(t)表示DtU Uo i si n1tKco1st
K=ω1LIi/Ui
• 通常K很小，DKt≈0UU.0oi s1in，1t 因此，忽略式中第2项
24
• 开关电流的表达式
is Iisin 1t
0
t ksT ,ksT DsT t ksT Ds,T k1Ts
• 将i(t)分解为傅里叶级数，即
itInsinntn n1
T1 :电网电压的周期
i1 t I1si 1 n t 1 :基波成分 3
电路中的功率因数校正
电路中的功率因数校正电路中的功率因数校正是一个重要的技术，它对于电力系统的稳定运行和能源的有效利用都具有重要意义。
功率因数是描述电路中有功功率和视在功率之间比值的参数，它的值在0到1之间，越接近1表示电路的效率越高。
而功率因数校正就是通过采取一系列措施，使得功率因数接近1，从而提高电路的效率和稳定性。
在电路中，有功功率是指为执行实际工作所消耗的能量，如电灯的亮度、电动机的转速等。
而视在功率则包括有功功率和无功功率。
无功功率是指由于电路中的电感和电容元件所产生的能量，如电路中的电感元件会导致电流滞后于电压，而电容元件则会使电流超前于电压。
这种滞后和超前的现象会产生无功功率。
功率因数即为有功功率和视在功率的比值。
当功率因数低于0.9时，电路会出现能量浪费、设备损坏等问题。
因此，提高功率因数至关重要。
为了实现功率因数校正，可以采取以下几个方法。
首先，采用功率因数前置校正器。
功率因数前置校正器是一种将功率因数校正装置与负载设备相连接的设备。
它通过改变电路中电压和电流的相位关系，使得功率因数接近1。
功率因数前置校正器的设计和制造需要根据负载设备的特性来确定，以确保它能够有效地校正功率因数。
其次，可以使用电容器进行功率因数校正。
电容器是一种具有储存和释放能量能力的元件，它可以提供无功功率并改变电路中的相位关系，从而提高功率因数。
在电路中加入适当大小的电容器，可以有效地校正功率因数，提高电路的效率。
此外，电动机的控制也是功率因数校正的重要方面。
电动机通常是电力系统中最大的无功功率负载，因为它们往往会导致大量的电压和电流的相位差。
通过采用先进的电机控制技术，如变频器和电机有功器等，可以提高电动机的功率因数，减少无功功率的消耗。
最后，电路中的功率因数校正还需要对电力负荷进行合理分配。
合理分配负荷可以避免某些电力设备过载而导致功率因数下降的问题。
通过合理规划电力负荷的分布，可以保持电路的功率因数在理想水平。
总之，电路中的功率因数校正是一个关键的技术，对于提高电力系统的效率和稳定性具有重要作用。
单相功率因数校正电路
【知识 | 写作答案】单相功率因数校正电路导语：单相功率因数校正电路是一种用来提高电力系统功率因数的装置。
本文将从什么是功率因数、为什么需要校正功率因数以及单相功率因数校正电路的原理和应用等方面展开，带您全面了解单相功率因数校正电路。
一、什么是功率因数？功率因数是指电路中有功功率与视在功率的比值，用cos(φ)表示，其中φ为电路中的相位角。
功率因数是一个描述电路所消耗或所提供的有效功率与总功率之间比值的重要参数。
当功率因数为1时，电路所消耗的有功功率与所提供的总功率完全一致，电路运行高效。
而当功率因数小于1时，电网损耗加大，效率降低，造成能源浪费。
二、为什么需要校正功率因数？校正功率因数的重要性在于提高电力系统的效率和可靠性。
电力系统中功率因数低不仅会导致能源浪费，还会引起电网电流过大、线路和设备过载、线损加大等问题。
功率因数低还会导致电动机效率下降，影响电气设备的寿命。
对于电力系统来说，校正功率因数是一项必不可少的工作。
三、单相功率因数校正电路的原理单相功率因数校正电路采用了电子电路技术，通过合理的电路设计和控制方法来调整电路的功率因数。
其基本原理是通过添加合适的电路，实现对电流和电压的相位调整，从而使得电路的功率因数接近于1。
单相功率因数校正电路的核心部件是功率因数校正电容器，它根据电路的工作情况来调整电流和电压的相位关系。
通过合理选择和调整校正电容器的参数，可以精确校正功率因数，提高电路的能耗效率。
四、单相功率因数校正电路的应用单相功率因数校正电路广泛应用于家庭电器、办公场所、商业设施、工厂厂房等各类电力系统。
在这些场合中，电器设备常常工作在不同负载条件下，功率因数波动较大。
通过使用单相功率因数校正电路，可以有效地提高电力系统的功率因数，减少能源浪费，提高设备的效率和寿命。
结语：单相功率因数校正电路是一种提高电力系统效率和可靠性的重要装置。
本文从功率因数的概念入手，解释了为什么需要校正功率因数，并介绍了单相功率因数校正电路的原理和应用。
功率因数校正原理
功率因数校正原理
功率因数校正原理是指在交流电路中，由于负载的电阻性质变化、电感或电容等元件的存在，导致电流和电压的相位不同，从而产生功率因数偏低的情况。
为了改善功率因数，可以使用功率因数校正装置进行校正。
功率因数是指有功功率与视在功率之间的比值，通常用cosφ
表示。
当负载电路中存在电感元件时，电流和电压之间会有一个相位差Φ，导致功率因数小于1。
而功率因数校正装置的作
用就是校正这个相位差，使功率因数接近于1。
功率因数校正装置通常采用电容器或电感器来实现。
当电路中缺乏电感时，可以通过串联电容器的方式来补偿电压和电流之间的相位差。
而当电路中缺乏电容时，可以通过并联电感器的方式来补偿相位差。
功率因数校正装置一般采用自动控制系统，通过感应电路测量电流和电压，计算出功率因数偏低的程度，然后调节电容器或电感器的接入或退出，以实现功率因数的校正。
功率因数校正可以提高电力系统的效率，减少无功功率的损耗，改善电能的利用率。
同时，功率因数校正还可以避免电网系统的谐波问题，减少对设备的损害。
总之，功率因数校正原理是通过补偿电路中的电感或电容元件，调整电压和电流的相位差，以提高功率因数。
它在电力系统中具有重要作用，可以提高系统的稳定性和效率。
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 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)。
开关电源功率因数校正电路原理
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5、目前PFC开关电源部分,起到开关作用的斩波管(K)有两种工 作方式： （1）连续导通模式(CCM)：
开关管的工作频率一定,而导通的占空比(系数)随被斩波电压的幅度变 化而变化,如图8所示。
图中T1和T2的位置:T1在被斩波电压(半个周期)的低电压区,T2在被斩波 电压的高电压区,T1(时间)＝T2(时间).从图中可以看到,所有的开关周期时 间都相等,这说明在被斩波电压的任何幅度时,斩波管的工作频率不变.从图8 中可以看出,在高电压区和低电压区,每个斩波周期内的占空比不同(T1和T2 的时间相同,而上升脉冲的宽度不同),被斩波电压为零时(无电压),斩波频率 仍然不变,所以称为连续导通模式(CCM),该种模式一般应用在250W～2000W的 设备上。
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图10 等离子三星V2屏PFC开关电源基本框图(CCM)
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图11 海信液晶TLM3277电视开关电源基本框图
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4、斩波器部分:(PFC开关电源)
整流二极管整流以后不加滤波电容器,把未经滤波的脉动正半周电压作为 斩波器的供电电源,由于斩波器一连串做“开关”工作脉动的正电压被“斩” 成图7所示的电流波形,其波形的特点： （1）电流波形是断续的,其包络线和电压波形相同,并且包络线和电压波形 相位同相； （2）由于斩波作用,半波脉动的直流电变成高频(由斩波频率决定,约 100KHz).
电力电子技术中的功率因数校正的原理是什么
电力电子技术中的功率因数校正的原理是什么在电力电子技术中，功率因数校正是一个十分重要且广泛应用的概念。
它是为了提高电力系统的效率，减少能源浪费而被广泛应用于各种电力设备中。
本文将详细介绍电力电子技术中功率因数校正的原理及其应用。
一、功率因数的概念及意义在交流电路中，功率因数是指有功功率与视在功率之比。
有功功率是电路中消耗的实际功率，而视在功率则是电路中实际流入或流出电能的功率。
功率因数的值介于-1到1之间，其中绝对值越接近1，电路的效率越高。
功率因数的校正对于电力系统至关重要。
当电路中存在较低的功率因数时，电流和电压之间存在较大的相位差，造成电能浪费和设备损耗增加。
而通过功率因数校正，可以使电流和电压保持同步，最大限度地消耗有功功率，减少无效电能的浪费，提高整个电力系统的效率。
二、功率因数校正的原理功率因数校正的原理主要涉及到三个方面：无功功率补偿、谐波滤波和电网电压控制。
1. 无功功率补偿无功功率补偿是指通过安装无功补偿装置，即电容器或电感器，来提供所需的无功功率并改善功率因数。
当功率因数较低时，引入适当的无功补偿可以改善功率因数并降低系统的无效负载。
无功功率补偿设备可以根据电路的要求提供合适的电容或电感值，以补偿电感负载或电容负载所引起的功率因数下降。
2. 谐波滤波谐波滤波是功率因数校正中的另一个重要步骤。
电力电子设备中普遍存在着谐波干扰，这些谐波干扰会导致功率因数的下降。
通过在电力电子装置的输入端或输出端添加谐波滤波器，可以有效地滤除谐波干扰，改善功率因数。
3. 电网电压控制电网电压是功率因数校正的重要参考依据。
在电力电子装置中，通过对电网电压的监测和控制，可以实现对功率因数的调节。
当电网电压发生波动时，电力电子装置可以通过对其输出电压和频率的调整来实现功率因数的校正。
三、功率因数校正的应用功率因数校正技术广泛应用于各种电力设备和系统中，包括智能电网、电力变压器、电力电子装置等。
以下是一些主要的应用领域：1. 智能电网在智能电网中，功率因数校正是确保电网稳定运行和电能高效利用的关键技术之一。
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功率因数校正的工作原理
1功率因数的定义
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。
其可以用公式（1）表示。
（1)
式中，I1表示交流输入市电的基波电流有效值；Irms表示交流输入市电电流的有效值；γ=I1/Irms，表示交流输入市电电流的波形失真系数；cosφ表示交流输入市电的基波电压和基波电流的相移因数。
所以功率因数可以定义为交流输入市电电流的波形失真系数（g）与相移因数（cosφ）的乘积，即功率因数PF主要由两个因素决定：一是交流输入市电的基波电流与基波电压的相位差φ；另一个是交流输入市电电流的波形失真因数γ。
而传统的功率因数概念是在电阻为线性负载，并假定输入电流无谐波电流（即I1=Irms或交流输入市电电流的波形失真系数g=1）的条件下得到的，这样功率因数的定义就变成了PF=cosφ。
交流输入市电的cosφ低，表示用电电器设备的无功功率大，供电设备的利用率低，供电设备的导线、变压器绕组损耗大，降低了供电线路的使用效率。
电流波形失真系数g值低，则表示输入电流的谐波分量大而基波电流的幅度小，将造成输入电流的波形畸变，对电网造成污染，严重时还会造成用电电器设备的损坏。
由于常规整流装置使用非线性器件（例如，整流二极管或可控硅），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量的谐波电流成分。
而谐波电流成分不做功，只有基波电流成分做功，所以相移因数cosφ和电流波形失真系数(γ)相比，γ对供电线路的功率因数影响更大。
3 功率因数与总谐波失真系数（THD）的关系
电路总谐波失真系数（THD）可以利用公式（2）来计算。
(2) 方波电压的各次谐波电压的叠加分解图（高至9次谐波）如图1所示。
图1 方波电压的各次谐波电压的叠加分解图（高至9次谐波）
方波电压可以用函数表达式（3）来表示。
(3)
由功率因数（PF）的定义：
及公式（2），有公式（4）成立。
(4)
即，(5)
从上面的讨论可以看出，功率因数是和交流输入市电电流的谐波成分有关的，利用总谐波失真系
数和电流波形失真因数之间的关系式可以得到公式（6）。
(6)
当交流输入市电的电压、电流同频和同相位时，有cosφ=1，相应有公式（7）成立：
(7)
对纯正弦波电压和电流而言，由于它的总谐波成分为零，
所以波形失真系数为1，并且正弦波电压和电流之间相位差φ为0，从而电源输入侧的功率因数就为1，如果正弦波电压和电流之间相位差φ不为0，则电路的功率因数是他们相位差φ的余弦值。
当φ=0时（为计算方便），功率因数与THD间存在如表1所示的关系。
可见，当THD≤5%时，功率因数可控制在0.999左右。
4 功率因数校正实现方法
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，此时cosφ=1，所以PF=g。
②使输入电流正弦化，即Ii=I1（谐波为0），有I1/Ii=1，即PF=g×cosφ=1。
FAN4810的特点与应用
1 FAN4810的技术特点
①满足UL1950要求的三重故障检测（TriFault Detect）技术要求，增强了电路工作的可靠性；
②摆率增强跨导误差放大器可以满足快速的PFC响应；
③低功耗，启动电流为200μA，工作电流为5.5mA；
④总谐波失真THD小，功率因数PF值高；
⑤工作于平均电流，电流连续（CCM）升电压前沿PFC控制工作方式；
⑥内部的电流前馈增益调制器可以改善电路的抗干扰特性；
⑦过电压和交流输入市电电压过低保护，欠电压锁定输出（UVLO）和软启动；
⑧同步时钟输出。