单级功率因数校正技术
功率因数校正(PFC)技术的研究
网络教育学院《电源技术》课程设计题目：功率因数校正（PFC）技术的研究学习中心：辽宁东港奥鹏层次：高中起点专科专业：电气工程及其自动化年级： 2010年春季学号：学生：辅导教师：武东锟完成日期： 2012年 2 月 24 日内容摘要本文对于单相与单相PFC技术及其控制方法的研究，针对于各种功率因数校正，介绍了相应的基本工作原理，和功率因数校正技术的额发展和其主要最主要特点。
从主电路的拓扑形式和控制方式分析有源功率因数校正。
进而更好的学习电源技术。
关键词：功率因数校正；PFC技术；控制方法；有源功率因数引言、功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。
功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高，实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。
如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。
因此。
防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。
国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。
随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC)功能。
设计人员面对着实现适当的PFC段，并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。
许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现，有助设计人员优化其特定应用要求的设计。
1功率因数校正基本原理及方法1.1功率因数校正基本原理功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。
一种消除LED频闪的去纹波电路
一种消除LED频闪的去纹波电路作者：李艳江龚新军来源：《科技创新与应用》2016年第26期摘要：文章基于单级有源PFC（功率因数校正技术）的LED驱动电源，采用JW1220芯片，设计一种去纹波电路，它能有效降低输出直流电流上的交流成分，以解决目前单级PFC 驱动电源频闪的问题。
经过对比，此方案能消除LED灯的频闪问题，为LED照明系统推广应用起到了推动作用。
关键词：单级；LED驱动电源；功率因数校正；频闪引言文章基于单级有源功率因数校正的LED驱动电源，根据频闪的定义、波动深度的表达式，采用JW1220芯片设计相应的去纹波电路，达到无频闪的效果。
1 频闪和波动深度1.1 频闪定义频闪就是指开关周期内光的不断波动。
开关周期就是闪烁频率，根据不可察觉的闪烁频率和波动深度函数关系，即波动深度随驱动电流频率的函数关系，加利福尼亚的Jim Benya研究发现：输出电流的开关周期应该大于2kHz，这样人的眼睛才不会产生“视觉暂留”现象。
1.2 波动深度的定义波动深度的表达式也称迈克尔逊对比公式，即为最大和最小亮度之差除以最大和最小亮度之和。
图1是波动关系示意图，由图可知，波动深度（闪烁百分数）的表达式为：由正向电流与光强关系可以知道两者基本上成正比关系，由于光通量和光强也成正比关系，因此我们可认为电流和光通量成正比关系。
则波动深度也可表示为：式中，Imax-输出电流的最大值（mA）；Imin-输出电流的最小值（mA）。
输出电流的最大值和最小值都是指LED驱动电源输出直流上的交流成分的最大值和最小值。
从上述可知，在对人无影响的前提下，随着闪烁频率越来越大，波动深度的值越来越高，实验表明，频闪波动深度小于5%的光源发出的光，对人的眼睛不会造成疲劳。
2 方法和结果为了解决电流纹波较大的问题，通常会接入较大容量的电解电容，但是电解电容的寿命严重制约着LED寿命，因此许多研究无电解电容的LED驱动驱动电源。
但是由于没有电解电容，驱动电流中含有两倍工频的交流成分，在50Hz市电下LED存在100Hz的频闪。
功率因数校正电路
反激式功率因数校正电路的电磁兼容设计杨益平(浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）摘要：通过反激式功率因数校正电路说明了单级功率因数校正电路中的电磁兼容问题，分析了单级功率因数校正电路中骚扰的产生机理，给出了电磁兼容的设计，最后提出了其他几种减少电磁干扰的方法。
关键词：电磁干扰；电磁兼容；功率因数校正0 引言电磁兼容（EMC）是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
随着电子产品越来越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI电路，而使得这些装置比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁。
而与此同时，大功率家电及办公自动化设备的增多，以及移动通信、无线寻呼的广泛应用等，又大大增加了电磁骚扰源。
这些变化迫使人们把电磁兼容作为重要的技术问题加以关注。
特别是欧共体将产品的电磁兼容性要求纳入技术法规，强制执行89/336/EEC指令，即规定从1996年1月1日起电气和电子产品都必须符合EMC要求，并加贴CE标志后才能在欧共体市场上销售以来，促使了各国政府从国际贸易的角度，高度重视电磁兼容技术。
开关电源具有体积小、重量轻、效率高的优点，且市场上已有开关电源集成控制模块，这使电源设计、调试简化了许多，所以，在大多数的电子设备（如计算机、电视机及各种控制系统）中得到了广泛的应用。
然而，开关电源自身产生的各种噪声却使其成了一个很强的电磁骚扰源。
这些骚扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强，对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。
因此，只有提高开关电源的电磁兼容性，才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合被采用。
电磁兼容包括两个方面的含义。
（1）电子设备或系统内部的各个部件和子系统、一个系统内部的各台设备乃至相邻几个系统，在它们自己所产生的电磁环境及在他们所处的外界电磁环境中，能按原设计要求正常运行。
换句话说，它们应具有一定的电磁敏感度，以保证它们对电磁干扰具有一定的抗扰度(Immunity of a Disturbance)。
单级APFC芯片的设计
单级APFC芯片的设计近年来，随着电子设备的普及和发展，对于电力质量的要求越来越高。
而在各类电子设备中，交流直流电源因其高效、稳定的特点而被广泛应用。
然而，交流直流电源中存在着功率因数低、谐波污染等问题，这对电网造成了一定的负面影响。
为解决这些问题，单级有源功率因数校正（APFC）芯片应运而生。
单级APFC芯片是一种通过控制电流波形来优化功率因数的电子器件。
它通常由功率因数校正控制器、电流检测电路和功率开关器件等组成。
其主要工作原理是通过监测电源输入的电流，并通过控制器对功率开关器件进行调控，以实现电源输入电流与电压同相，并达到近似于单位功率因数的目标。
设计单级APFC芯片需要考虑多个因素。
首先，需要选择合适的功率因数校正控制器。
常用的控制器有基于模拟控制的PFC 和基于数字信号处理器（DSP）的数字控制器。
其次，需要设计电流检测电路，用于实时监测输入电流，并通过反馈信号给控制器。
此外，还需要选择合适的功率开关器件，以实现高效的功率因数校正。
在设计过程中，还需考虑芯片的可靠性和稳定性。
为此，可以采用适当的保护电路，如过流保护、过压保护等，以确保芯片正常工作并延长其使用寿命。
同时，还需进行严格的测试和验证，确保设计的单级APFC芯片能够满足设计要求，并具备良好的性能和可靠性。
单级APFC芯片的设计具有重要的研究意义和实际应用价值。
它可以提高电源系统的功率因数，减少电网对谐波污染的敏感性，提高电力利用效率。
同时，它还可以降低电源系统的体积和成本，提高整个系统的稳定性和可靠性。
因此，随着技术的进步和需求的增加，单级APFC芯片的设计将会得到更广泛的应用。
综上所述，单级APFC芯片的设计是一项具有挑战性和实用价值的工作。
通过合理选择控制器、设计检测电路和选择适当的功率开关器件，可以设计出性能优良、稳定可靠的单级APFC芯片，从而满足电源系统对功率因数的要求，提高电力质量。
一种一次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正变换器LED驱动电路
电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.L80098
Vol.34 No. 16
Aug.
2019
一种一次侧控制的 Buck-Flyback 单级功率
Keywords：LED driving circuit, power factor correction, primary side control, Buck-Flyback, Flicker-free
四川省科技厅应用基础重点项目（2016JY0161），教育部春晖计划项目（Z2017081），国家自然科学基金项目（61771405），四川省教育 厅自然科学重点项目（17ZA0361），成都市科技惠民项目（2016-HM01-00503-SF，2016-HM01-00010-SF），西华大学自然科学重点基金 （Z1520906）和西华大学研究生创新基金（ycjj2018175）资助项目。 收稿日期 2018-06-22 改稿日期 2018-11-28
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电工技术学报
2019 年 8 月
0 引言
发光二极管（Light Emitting Diode, LED）是一 种能将电能转化为光能的半导体元件，LED 与传统 照明相比，具有效率高、寿命长、节能环保等优点， 随着 LED 成本的降低和发光效率的提高，LED 正 在逐步替代传统光源成为市场上的主导产品[1-4]。考 虑到电网容易受到交流电源供电的电力电子装置所 产生谐波的污染，照明设备的输入电流谐波含量必 须遵守国际谐波标准 IEC 61000−3−2 的强制性规 定[5]，因此功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）是 LED 驱动电源必不可少的功能[6-9]。
逆变电源中功率因数校正
逆变电源中功率因数校正中心议题：逆变电源中功率因数校正逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题分析解决方案：采用单级PFC电路的逆变器由于对性能要求的不断提高，特别是当前“绿色”电源的呼声越来越高，现代逆变器系统对功率因数校正和电流谐波抑制提出的更高的要求。
本文对功率因数校正在现代逆变电源中的应用作了简要介绍。
分析比较了几种带有PFC功能的逆变器构成方案，分析结果表明带单级隔离型PFC电路的两级逆变器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。
1 现代逆变电源系统的组成和结构随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。
现代逆变系统就是一种通过整流和逆变组合电路，来实现逆变功能的电源系统。
逆变系统除了整流电路和逆变电路外，还要有控制电路、保护电路和辅助电路等。
现代逆变系统基本结构。
图1 逆变系统基本结构框图现代逆变系统各部分功能如下：1. 整流电路：整流电路就是利用整流开关器件，如半导体二极管、晶闸管(可控硅)和自关断开关器件等，将交流电变换为直流电。
除此之外，整流电路还应具有抑制电流谐波和功率因数调整功能。
2. 逆变电路：逆变电路的功能是将直流电变换成交流电，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变器的输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。
3. 控制电路：控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变器主电路完成逆变功能。
4. 辅助电路：辅助电路的功能是将逆变器的输入电压变换成适合控制电路工作需要的直流电压。
对于交流电网输入，可以采用工频降压、整流、线性稳压等方式，当然也可以采用DC-DC变换器。
5. 保护电路：保护电路要实现的功能主要包括：输入过压、欠压保护；输出过压、欠压保护；过载保护；过流和短路保护；过热保护等。
单级PFC电路介绍
单级PFC电路介绍电源因数是指输入电流与输入电压的相位差之间的余弦值，其范围介于-1到1之间。
传统的非纠正型电源状况下，输入电流与输入电压之间的相位差会非常大，这样会导致电源因数较低，对电网产生较大的电流谐波，从而影响其他电器设备的正常工作。
单级PFC电路通过纠正输入电流与输入电压之间的相位差，来改善电源因数。
其基本原理是利用一个半桥电路，将输入电压分成两个互补的半周期信号，然后通过一个LC滤波器对其进行滤波。
滤波后的信号将作为开关管的控制信号，来完成功率因数的纠正。
下面是单级PFC电路的基本结构：1.输入级：单级PFC电路的输入级通常由一个整流桥和一个电容滤波器组成。
整流桥将输入的交流电压转换为直流电压，并经过电容滤波器以减小电压的纹波。
2.控制级：控制级通常由一个控制回路和一个功率开关组成。
控制回路通过监测输入电压和输入电流之间的相位差，来调节功率开关的导通角度。
控制回路通常使用PWM（脉宽调制）技术，通过调整开关管的导通时间来保持输入电流与输入电压之间的相位差接近零。
3.输出级：输出级通常由一个输出滤波器和一个直流电压稳压器组成。
输出滤波器用于减小输出电压的纹波，直流电压稳压器用于保持输出电压的稳定性。
1.改善电源因数：通过纠正输入电流与输入电压之间的相位差，单级PFC电路能够使电源因数接近1，有效地减小对电网的谐波干扰，提高系统的效率和可靠性。
2.降低能耗：当电源因数接近1时，电网上的功率因数校正装置不需要消耗额外的能量来纠正功率因数，从而降低了整个系统的能耗。
3.提高设备的寿命：电源因数的改善可以减小电网上的谐波干扰，降低电器设备的故障率，提高设备的寿命。
4.符合国际标准：很多国家和地区都对电源因数有相关的法规和标准要求。
通过使用单级PFC电路，可以满足这些法规和标准，确保产品的合法销售和使用。
1.成本：与传统的非纠正型电源相比，单级PFC电路的成本更高，主要是因为该电路需要额外的控制电路和滤波电路来实现功率因数的纠正。
单相有源功率因数校正电路拓扑技术研究进展
Ｔ１５ ９９ ） ４４ —３ 。这些 标 准 的 出 台 ， 整 流器 面临 着 前 所 使 未 有 的挑 战 ， 同时也 推 动 了功 率 因 数校 正 电路 技 术 的 发展。 根 据 电路 的输 入 电 压 的不 同 ， 率 因数 校 正 电路 功 主要 分单相 和 三相 两大 类 。单相 功率 因数校正 电路 目
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ Ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｅ ｕ ｈ ｄ ｂ ｈ ｅｅ ｓ ｆ ａ ｉ ｕ ｔ ｉｔｓａ ｄ ｒ ｓｏ ａ ｍｏ ｉ ｓ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ＰＦ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｎ ｐ ｓ ｅ ｙ ｔ ｅ ｒ ｌａ ｅｏ ｒ ｓｓ ｒｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｎ ｈ ｒ ｎ ｃ ｖ ｏ ｗａ ｅ ｖ ．Ｔｈ ｒｉｌ ｎ ｌｓ ｓ ｔ ｅｇ ｎ ｒ ｌｓｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ＰＦ ｅａ ｔｃｅ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｅ ｅ ａ ｉｕ ｔｏ ｆｔ ｐ ｌｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ Ｃ，ｄ ｓ ｕ ｓ ｓｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｔ ｐ ｌ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ Ｃ ｒ ｍ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓ ｅ ｔ ａ ｄ ｇ ｖ ｓ ｏ ｔ ｔ ｅ ｔｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｏ ｌ ｇ ｏ ｏ ｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ＰＦ ｆｏ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ａ ｐ ｃ ｎ ｉｅ ｕ ｈ ｒ ｎ ｆｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｔ ｐ ｏ ｙ ｃ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ Ｐ ｎ ｆ ｔ ｒ ． ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｓｎ ｌ ｈ ｓ ＦＣ ｉ ｕ ｕ ｅ － Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ｓｎ ｌ ｔ ｇ ； ｏ ｒｆ ｃ ｏ ｏ ｒ ｃ ｉｎ ＰＦ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ ； ｉ ｇ ｅ ｓａ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｃ ｒ ｅ ｔｏ （ Ｃ）
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单级功率因数校正技术
在低功率应用中，为了减少器件和成本，单级功率因数校正(PFC)技术越来
越受到人们的关注。单级PFC技术是把PFC级和DC／DC级集成在一起，共用开
关管和控制电路，同时提高功率因数和对输出电压的快速调节。
本文针对单级PFC技术进行分析和研究，共分六章。 第一章对无源PFC
技术、有源两级PFC技术和有源单级PFC技术进行了分析和对比，指出了它们各
自的优、缺点和适用范围，并得出单级PFC技术适用于小功率场合，是PFC技术
在小功率应用中发展的必然趋势，同时也是目前PFC技术的研究热点。
第二章对现有的单级PFC变换器拓扑进行了分析，指出在单级PFC变换
器中，为了在实现输出电压快速调节的同时使输入电流谐波含量达到
IEC1000-3-2标准，必须解决的两个问题是：如何实现输入电流整形和控制储能
电容电压在450V以下。本文把单级PFC拓扑分为Boost型和Buck-Boost型结构，
Boost型单级PFC变换器还可分为两端模式和三端模式两种，归纳出它们的通用
模型，阐述了它们之间可以相互转换以及相互转换的规律，从而在现有的单级
PFC变换器拓扑上得到了一些新的拓扑结构。
第三章对三种采用变压器绕组实现负反馈的单级PFC变换器进行研究，
显示出三种拓扑性能相近，并且它们之间可以进行相互转换，验证了第二章提出
的转换规律。研究结果说明采用变压器绕组以负反馈的方式抑制储能电容电压有
很好的效果，而且增加的器件较少，结构简单。
第四章提出一种新型单级PFC变换器，采用变压器绕组以负反馈的方式
抑制储能电容电压。本章分析电路的工作状态，完成了电路设计和实验验证。
并同其它单级PFC变换器进行了对比，得出新型拓扑具有结构简单、输入电
流谐波含量低、储能电容电压低的特点，适合于小功率应用。 第五章研究了
DCM反激式单级PFC变换器。
根据“无损电阻”的概念对用于实现PFC功能的反激变换器进行了理论分析
和电路参数的确定。对于采用RCD吸收电路的反激变换器进行了损耗分析，指出
了漏感对变换器的效率、器件的电压额定值起到决定性的作用，影响了变换器在
实际中的应用。
同时对反激有源箝位电路进行了仿真和实验。反激有源箝位电路在固定占空
比情况下，由于变压器的磁化能量能够双向流动，存在主管开通时磁化电感和漏
感能量反馈回输入端，使输入电流畸变，降低了输入功率因数。
但如果设计反激有源箝位电路工作在电流连续模式，控制占空比，使输入电
流跟随输入电压，可以提高输入功率因数。
摘 要 第六章对本文的工作进行了总结。