采用UC3854的有源功率因數(shù)校正電路工作原理與應(yīng)用

一． 功率因數(shù)校正原理

1．功率因數(shù)（PF）的定義
功率因數(shù)（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功率（S）的比值。即

可見功率因數(shù)（PF）由電流失真系數(shù)（）和基波電壓、基波電流相移因數(shù)（）決定。低，則表示用電電器設(shè)備的無功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。同時，值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變，對電網(wǎng)造成污染，嚴重時，對三相四線制供電，還會造成中線電位偏移，致使用電電器設(shè)備損壞。

由于常規(guī)整流裝置常使用非線性器件（如可控硅、二極管），整流器件的導(dǎo)通角小于180^o，從而產(chǎn)生大量諧波電流成份，而諧波電流成份不做功，只有基波電流成份做功。所以相移因數(shù)（）和電流失真系數(shù)（）相比，輸入電流失真系數(shù)（）對供電線路功率因數(shù)（PF）的影響更大。

為了提高供電線路功率因數(shù)，保護用電設(shè)備，世界上許多國家和相關(guān)國際組織制定出相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以限制諧波電流含量。如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2等標(biāo)準(zhǔn)，它們規(guī)定了允許產(chǎn)生的最大諧波電流。我國于1994年也頒布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14549-93）。

傳統(tǒng)的功率因數(shù)概念是假定輸入電流無諧波電流（即I₁=I_rms 或=1）的條件下得到的，這樣功率因數(shù)的定義就變成了PF =。

二．PF與總諧波失真系數(shù)（THD：The Total Harmonic Distortion）的關(guān)系

1.使輸入電壓、輸入電流同相位。此時=1 ，所以PF= 。

2.使輸入電流正弦化。即I_rms=I1（諧波為零），有 即；

從而實現(xiàn)功率因數(shù)校正。利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時整流器的負載可等效為純電阻，所以有的地方又把功率因數(shù)校正電路叫做電阻仿真器。

四.有源功率因數(shù)校正方法分類

1． 按有源功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)分
（1）降壓式：因噪聲大，濾波困難，功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動電平浮動，很少被采用。
（2）升/降壓式：需用二個功率開關(guān)管，有一個功率開關(guān)管的驅(qū)動控制信號浮動，電路復(fù)雜，較少采用。
（3）反激式：輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于150W以下功率的應(yīng)用場合。
（4）升壓式（boost）：簡單電流型控制，PF值高，總諧波失真（THD）小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。適用于75W~2000W功率范圍的應(yīng)用場合，應(yīng)用最為廣泛。它具有以下優(yōu)點：

• 1電路中的電感L適用于電流型控制。
• 2由于升壓型APFC的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器C上保持高電壓，所以電容器C體積小、儲能大。
• 3在整個交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)。
• 4輸入電流連續(xù)，并且在APFC開關(guān)瞬間輸入電流小，易于EMI濾波。
• 5升壓電感L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。

2．按輸入電流的控制原理分
（1）平均電流型：工作頻率固定，輸入電流連續(xù)（CCM），波形圖如圖1（a）所示。TI的UC3854就工作在平均電流控制方式。
這種控制方式的優(yōu)點是：

• 1恒頻控制。
• 2工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)，開關(guān)管電流有效值小、EMI濾波器體積小。
• 3能抑制開關(guān)噪聲。
• 4輸入電流波形失真小。

• 1控制電路復(fù)雜。
• 2需用乘法器和除法器。
• 3需檢測電感電流。
• 4需電流控制環(huán)路。

（2）滯后電流型。工作頻率可變，電流達到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。電流波形平均值取決于電感輸入電流，波形圖如圖1（b）所示。

（3）峰值電流型。工作頻率變化，電流不連續(xù)（DCM），工作波形圖如圖1（c）所示。 DCM采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，但存在以下缺點：
①功率因數(shù)和輸入電壓V_in與輸出電壓V_O的比值有關(guān)。即當(dāng)V_in變化時，功率因數(shù)PF值也將發(fā)生變化，同時輸入電流波形隨的加大而THD變大。

②開關(guān)管的峰值電流大（在相同容量情況下，DCM中通過開關(guān)器件的峰值電流為 CCM的兩倍），從而導(dǎo)致開關(guān)管損耗增加。所以在大功率APFC電路中，常采用CCM方式。

（4）電壓控制型。工作頻率固定，電流不連續(xù)，工作波形圖如圖1（d）所示。

圖1 輸入電流波形圖