交错双boost半无桥pfc的工作原理
无桥PFC电路说明
无桥P F C电路说明文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-氮化镓 (GaN)技术由于其出色的开关特性和不断提升的品质，近期逐渐得到了电力转换应用的青睐。
具有低寄生电容和零反向恢复的安全GaN可实现更高的开关频率和效率，从而为全新应用和拓扑选项打开了大门。
连续传导模式 (CCM)图腾柱PFC就是一个得益于GaN优点的拓扑。
与通常使用的双升压无桥PFC拓扑相比，CCM图腾柱无桥PFC能够使半导体开关和升压电感器的数量减半，同时又能将峰值效率推升到95%以上。
本文分析了AC交叉区域内出现电流尖峰的根本原因，并给出了相应的解决方案。
一个750W图腾柱PFC原型机被构造成具有集成栅极驱动器的安全GaN，并且展示出性能方面的提升。
关键字—GaN；PFC；图腾柱；数字控制I.?简介当按下智能手机上的一个按钮时，这个手机会触发一个巨大的通信网络，并且连接到数千英里之外的数据中心。
承载通信数据时的功耗是不可见的，而又大大超过了人们的想象。
世界信息通信技术 (ICT) 生态系统的总体功耗正在接近全球发电量的10% [1]。
单单一个数据中心，比如说位于北卡罗来纳州的脸谱公司的数据中心，耗电量即达到40MW。
另外还有两个位于美国内华达州和中国重庆的200MW数据中心正在建设当中。
随着数据存储和通信网络的快速增长，持续运行电力系统的效率变得越来越重要。
现在比以前任何时候都需要对效率进行空前的改进与提升。
几乎所有ICT生态系统的能耗都转换自AC。
AC输入首先被整流，然后被升压至一个预稳压电平。
下游的DC/DC转换器将电压转换为一个隔离式48V或24V电压，作为电信无线系统的电源，以及存储器和处理器的内核电压。
随着MOSFET技术的兴起和发展，电力转换效率在过去三十年间得到大幅提升。
自2007年生效以来，Energy Star（能源之星）80 PLUS效率评价技术规范 [2] 将针对AC/DC整流器的效率等级从黄金级增加到更高的白金级，并且不断提高到钛金级。
第三章 无桥 Boost PFC 电路控制方案设计
传统连续电流模式控制一般采用基于乘法器的平均电流控制方法，例如典型 的 UC3584 芯片。这种控制方法需要两个检测量：输入线电压整流后正弦半波电 压参考和电感电流检测信号参考。如图 3-1 所示，传统 Boost PFC 电路中这两个 量都比较容易获取。输入正弦半波电压参考可直接在整流桥后采样，电感电流信 号可以使用图 3-1a 中的采样电阻检测方式，也可以使用图 3-1b 中电流互感器采 样方式。前者采样电阻的损耗较大，适用于中小功率应用场合。后者电流互感器 采样损耗很小，适用于大功率应用场合。
面就简单回顾以往的无桥Boost PFC电路控制方案。 最初 Rockwell 公司提出无桥 Boost PFC 拓扑时采用了图 3-2 中的方法来控制
无桥 Boost PFC 电路[3]。PFC 控制方法也是典型的基于乘法器的平均电流模式控
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第三章 无桥 Boost PFC 电路控制方案设计
制，其中线电压采样是通过整流桥 B1 对输入网压整流后分压获取，这种方法增 加了一个整流桥，会引起损耗及增加成本。电感电流检测使用了电流互感器采样 方法，电流互感器获得的电感电流信号需要再经过 B2 整流后才能提供给控制电 路使用。由此可见这种无桥 Boost PFC 控制信号的采样方式相当复杂而且不成熟。
2002 年 ST 公司尝试将 L4981PFC 控制芯片使用在无桥 Boost PFC 拓扑中。 不过 L4981 依然是一种传统的基于乘法器的 PFC 控制芯片，文献[6]中给出了如 图 3-3 的电路设计图。其中输入线电压采样使用了复杂的“电流镜”电路。电感电 流的采样使用了两个电流互感器分别检测开关管电流和二极管电流，组合后还原 电感电流。检测开关管电流的电流互感器副边绕组使用了一种中心抽头的输出方 式，能够适用于无桥 Boost PFC 这种特殊的结构。该种检测方法降低了损耗，控
pfc工作原理
pfc工作原理
PFC (Power Factor Correction) 是一种用于改善电气功率系统功
率因素的技术。
其工作原理如下：
1. 检测输入电源的电压和电流：PFC控制器首先检测输入电源的电压和电流，以确定电源的实际状态。
2. 计算功率因数：PFC控制器将电压和电流输入到内部电路中，通过计算得出功率因数。
功率因数表示由于负载造成的电流滞后或超前于电压的程度。
3. 生成控制信号：根据计算得出的功率因数，PFC控制器生成相应的控制信号。
4. 控制开关器件：控制信号被输入到开关器件，如MOSFET
或IGBT。
这些开关器件通过快速切换电源电压，改变电流波
形达到改善功率因数的目的。
5. 输出平滑的电流波形：通过控制开关器件，PFC系统能够纠正电流波形，使其与电压波形同步，并使电流波形更加平滑。
6. 改善功率因数：纠正后的电流波形具有与电压波形相同的频率和相位，从而改善了功率因数。
此时，系统的功率因数接近1，意味着电力系统能够更有效地利用输入电源的能量。
通过PFC技术改善功率因数可以减少电力系统中的无功功率
损耗，提高能源利用率，并减少对电力系统的负载。
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工作原理
pfc工作原理
PFC（功率因素校正）是一种电力电子技术，旨在提高交流电
源的功率因素，也即提高电气设备的能量利用率。
PFC的工作原理基于改善交流电源的电流波形，使其接近理想的正弦波形，并与电压保持同步。
PFC通常使用的方法是采用整流器将交流电源转换成直流电压，并通过电容器储存电能。
然后，在直流电源输出之前，使用一个控制电路来监测电流和电压波形，并相应地控制开关管的导通和截止。
通过调整导通角和截止角，使电流波形与电压波形同步，并尽可能与理想的正弦波一致。
主要的PFC控制技术有三种：电压型控制、电流型控制和混
合型控制。
电压型控制根据电压波形的变化来控制电流，适用于电源稳定的情况。
电流型控制则根据电流波形的变化来控制电流，适用于大功率负载。
混合型控制结合了电压型和电流型控制的优点，以适应不同的负载变化。
通过PFC技术，可以显著提高交流电源的功率因素，减少传
输过程中的功率损耗，提高电力系统的能量利用率。
同时，PFC还能减少电网的谐波污染和电磁干扰，提高电气设备的工作稳定性和可靠性。
因此，PFC技术在各种电力电子产品和系统中得到广泛应用。
PFC原理与种类特点
PFC原理与种类特点PFC，即Power Factor Correction，是一种用于提高电源设备功率因数的技术。
它的原理是通过控制电流和电压之间的相位关系，减少电流谐波成分，降低系统的失真程度，从而提高功率因数。
在传统的电源设备中，通常使用整流器来将交流电转换为直流电。
然而，这种转换会导致电流与电压之间的相位差，使得功率因数较低。
功率因数是指电源输出的有效功率和视在功率之间的比值，是衡量电能利用效率的重要指标。
PFC技术有助于提高功率因数，减少无功功率的损耗，提高电源的效率。
PFC的基本原理是通过加入电容器或电感器来改变电流和电压之间的相位差。
它可以在整流器前或后添加PFC电路，将非线性电流转换为线性电流，减小系统的谐波失真，提高功率因数。
PFC可以分为主动PFC和被动PFC两种类型：1.主动PFC：主动PFC是通过电子器件来控制电流和电压的相位差，以实现功率因数的修正。
主动PFC通常采用传感器来检测电流和电压的波形，并通过控制电压的幅值和相位，使电流和电压之间保持同相位，从而提高功率因数。
主动PFC适用于大功率的设备，如电源、电动机等。
主动PFC有很多种实现方式，其中比较流行的是Boost变换器。
这种变换器可以通过控制开关管的开关频率和占空比来调整电压和电流的相位差，从而实现功率因数的修正。
主动PFC还可以采用其他的拓扑结构，如LLC变换器、电荷泵变换器等。
2.被动PFC：被动PFC是利用电容器或电感器来修正电流和电压的相位差，以提高功率因数。
被动PFC通常没有控制电路，只是通过加入适当的电容器或电感器来改变电流和电压的相位，从而实现功率因数的修正。
被动PFC适用于低功率的设备，如电子设备、小型电源等。
被动PFC的常见实现方式包括沟槽、折流电容器和谐振电感等。
沟槽是一种串联电容器和电感器的结构，通过调整电容器和电感器的数值来修正功率因数。
折流电容器是将电容器与整流电路并联，通过改变电容器的电压波形来修正功率因数。
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。
基础科普 不可不知的无源PFC电路工作原理
基础科普不可不知的无源PFC电路工作原理
无源PFC电路在实际应用的过程中，由于其成本相对较低，因此曾经一度得到了广泛的应用。
不过，这种PFC电路设计方式目前已经逐渐开始被有源PFC电路所代替。
尽管如此，作为一种比较基础的PFC方式，刚刚开始接触电路设计工作的新人工程师们还是有必要了解一下无源PFC电路工作原理知识的。
在今天的文章中，我们将会就这种电路设计和工作运行原理知识，进行简要介绍。
所谓的无源PFC电路，顾名思义，就是在其电路设计的过程中并不使用晶体管等有源电子元器件，换句话说，这种PFC电路是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。
无源PFC电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC电路由三只二极管和两只电容组成，这种比较基础的电路设计图如下图图1所示。
图1
接下来我们就以图1中所展示的无源PFC电路设计图为例，来为大家介绍一下这种PFC电路工作运行原理情况。
从图1中可以看到，当50Hz的AC 线路电压按正弦规律，由0向峰值Vm变化的1/4周期内，该系统的桥式整流器中，二极管VD2和VD3导通，与之相对应的是二极管VD1和VD4截止，此时电流对电容C1并经二极管VD6对C2充电。
当VAC，瞬时值达到Vm，因C1=C2，故电容C1、C2上的电压相同，均为二分之一Vm，当AC 线路电压从峰值开始下降时，电容C1通过负载和二极管VD5迅速放电，并且下降速率比AC电压按正弦规律下降快得多，因此直到AC电压瞬时值达。
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交错双boost半无桥PFC的工作原理
一、PFC技术的概念和应用
1.1 PFC技术的概念
PFC（Power Factor Correction），即功率因数校正技术，是一种通过改善电路中的电流和电压波形，使得输入电路中的电流和电压处于同相位的技术。
PFC技术能够提高电路的功率因数，减小谐波污染，提高能效，并且符合国家对于电器电路的功率因数要求、减少对电网的负荷等优点。
1.2 PFC技术的应用
PFC技术广泛应用于各种电源和电气设备中，如电子电源、服务器电源、LED驱动电源等，特别是在需要通过电网供电的场合。
二、交错双boost半无桥PFC的基本结构
2.1 交错双boost半无桥PFC的概念
交错双boost半无桥PFC是一种常见的PFC拓扑结构，它通过交错并联的方式，减小输出滤波电感的尺寸，提高系统的功率密度。
2.2 交错双boost半无桥PFC的基本组成
交错双boost半无桥PFC的基本组成包括：输入整流桥、电容器、电感器、功率开关器件、控制电路等部分。
其中，通过控制电路实现功率开关器件的开关，控制输入电流和输出电压。
三、交错双boost半无桥PFC的工作原理
3.1 电压采集和控制
通过对输入电压和输出电压的采样，经过控制电路，计算出输出
电压的误差信号，控制器通过比较输入电流和输出电压的相位差，产
生PWM控制信号，用于控制功率开关器件的导通和关断。
3.2 电流采集和控制
通过对输入电流的采样，经过控制电路，计算出输入电流的误差
信号，控制器根据输入电流的波形和相位信息，产生PWM控制信号，用于控制功率开关器件的导通和关断。
3.3 调节电压和电流
通过控制器输出的PWM信号，实现对功率开关器件的控制，调节输入电流和输出电压的波形和相位，使其符合PFC技术的要求。
四、交错双boost半无桥PFC的特点和优势
4.1 高功率密度
交错双boost半无桥PFC通过交错并联的方式，减小输出滤波
电感的尺寸，提高系统的功率密度。
4.2 高效率
交错双boost半无桥PFC采用PWM控制技术，实现对输入电
流和输出电压的精确控制，提高系统的能效。
4.3 电流和电压波形质量高
交错双boost半无桥PFC能够通过精确的控制，改善输入电流
和输出电压的波形质量，符合PFC技术的要求。
五、结语
交错双boost半无桥PFC作为一种常见的PFC拓扑结构，具有高
功率密度、高效率、电流和电压波形质量高等优点，被广泛应用于各
种电源和电气设备中。
通过对交错双boost半无桥PFC的工作原理和特点的深入了解，对于提高电路设计和电力系统的性能具有重要意义。
在深入了解交错双boost半无桥PFC的工作原理和特点的基础上，我们进一步探讨其在实际应用中的优势和未来发展方向。
一、交错双boost半无桥PFC的实际应用
1.1 电源和电气设备
交错双boost半无桥PFC广泛应用于各种电源和电气设备中，
如电子电源、服务器电源、LED驱动电源等。
这些设备在实际工作中
需要稳定的输入电流和输出电压，而PFC技术能够提高电路的功率因数，减小谐波污染，提高能效，符合国家对于电器电路的功率因数要求，并减少对电网的负荷。
1.2 LED照明
随着LED照明技术的不断发展，交错双boost半无桥PFC在LED驱动电源中的应用也越来越广泛。
LED照明产品对于电路功率因
数的要求较高，PFC技术能够有效改善输入电流波形，降低谐波污染，提高光源的电源质量。
1.3 电动车充电桩
在新能源汽车充电桩中，交错双boost半无桥PFC也得到了广
泛的应用。
通过PFC技术，能够提高电动车充电桩对电网的利用率，
降低对电网的影响，同时提高充电效率，提高能源利用率。
二、交错双boost半无桥PFC的优势和未来发展方向
2.1 高功率密度和高效率
交错双boost半无桥PFC通过交错并联的方式，减小输出滤波
电感的尺寸，提高系统的功率密度；采用PWM控制技术，实现对输
入电流和输出电压的精确控制，提高系统的能效。
在未来，随着电源
电子技术的不断发展，交错双boost半无桥PFC的功率密度和能效还有进一步的提升空间。
2.2 提高电路设计和控制技术水平
交错双boost半无桥PFC的应用需要设计者具备深厚的电路设
计和控制技术水平。
在未来，随着工程技术的不断发展，工程师需要
不断提高自己的专业水平，掌握先进的电路设计和控制技术，以适应
电子电源领域的新要求。
2.3 融合本人和大数据技术
随着人工智能和大数据技术的不断发展，交错双boost半无桥PFC也面临着与本人和大数据技术的融合。
通过本人和大数据技术的
应用，可以实现对交错双boost半无桥PFC的智能化监测和控制，进一步提高系统的可靠性和稳定性。
在交错双boost半无桥PFC在实际应用中的优势和未来发展方向上，设计者和电源电子专业人士需要保持对新技术的认知和学习，积极拥
抱新技术，不断提高自身技术水平，以应对电源电子领域的新挑战。
三、结语
通过对交错双boost半无桥PFC的实际应用和未来发展方向的深入探讨，我们更加深刻地理解了这种PFC拓扑结构的重要性和应用价值。
在面对未来的挑战和机遇时，我们需要不断学习和积累知识，提高自
身的综合能力，不断创新，推动电源电子技术的发展，为社会和行业
的可持续发展做出更大的贡献。