開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計與應(yīng)用實例之：概述（二）

顯然，無論是從電流的最小化還是減小對其他設(shè)備的干擾角度來看，對每個諧波設(shè)定限制可以更好地完成控制輸入電流“污染”的任務(wù)。

(1)功率因數(shù)校正的基本原理

由功率因數(shù)PF==1可知，要提高功率因數(shù)，有兩個途徑：

① 使輸入電壓、輸入電流同相位。此時=1，所以所以PF=。

②使輸入電流正弦化。即=I1(諧波為零),有/I1=1。

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。

功率因數(shù)校正電路，基本上是一個AC/DC變換器。一個標準的變換器利用脈沖波寬度調(diào)變(Pulse Width Modulation,PWM)來調(diào)整輸入功率的大小，以供應(yīng)適當?shù)呢撦d所需的功率，脈沖波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)(通常利用功率MOSFET來達成)將DC輸入電壓切成一串電壓脈沖波，隨后利用變壓器和快速二極管將其轉(zhuǎn)成平滑的DC電壓輸出，這個輸出電壓隨即與一個參考電壓(這個電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標準電壓值)做比較，所產(chǎn)生的電壓差回饋至PWM控制器，利用這個誤差電壓信號來改變脈沖波寬度的大小，如果輸出電壓過高，脈沖波寬度會減小，進而使輸出電壓降低，以使輸出電壓回復(fù)至正常輸出值。

PFC增加了一個更先進的器件，使得來自AC電源的電流是一個正弦波并且與AC電壓同相位，此時誤差電壓信號的調(diào)變是由整流后的AC電壓和輸出電壓的變化來控制，最后誤差電壓信號回饋至PWM控制器，也就是說當AC電壓較高時PFC就從AC電源吸取較多的功率，反之若AC電壓較低則吸取較少的功率，如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生。

(2)PFC技術(shù)分類

功率因數(shù)校正電路分為有源和無源兩類，無源校正電路通常由大容量的電感、電容組成。雖然無源功率因數(shù)校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因數(shù)校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù)提高到0.7～0.8，因而在中小功率電源中被廣泛采用。無源PFC，電路的結(jié)構(gòu)也較為簡單，實際上是采用矽鋼片制成的工頻電感，它利用電感線圈內(nèi)部電流不能突變的原理調(diào)節(jié)電路中的電壓及電流的相位差，使電流趨向于正弦化以提高功率因數(shù)。無源PFC結(jié)構(gòu)笨重，工作時常帶有低頻振動并引發(fā)低頻噪聲，相對于有源PFC電路，無源PFC的功率因數(shù)要低得多，一般只有70%左右。無源PFC固有的不可克服的缺點如下。① 當歐洲的諧波規(guī)范越來越嚴格時，電感量產(chǎn)的質(zhì)量需提升，而生產(chǎn)難度將提高。

② 電源重量和體積增加。

③ 如電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定的不正確，電感容易產(chǎn)生振動噪聲。

④ 當電源功率超過300W以上，無源PFC，在材料成本及產(chǎn)品性能表現(xiàn)上將突出其不可克服的多種的缺陷。

有源功率因數(shù)校正電路自20世紀90年代以來得到了迅速推廣，它是在橋式整流器與輸出電容濾波器之間加入一個功率變換電路，使功率因數(shù)接近1。有源PFC具有體積小、重量輕的特點，通過專用IC去調(diào)整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。

有源PFC，可以達到較高的功率因數(shù)，通?？蛇_98%以上，具有輸入電壓范圍寬等優(yōu)越的電氣性能，但成本也相對較高。此外，有源PFC，還可用作輔助電源，因此在使用有源PFC中，往往不需要待機變壓器，而且有源PFC，輸出直流電壓的紋波很小，這種電源不必采用很大容量的濾波電容。與無源PFC類似，有源PFC，工作時也會產(chǎn)生噪聲，只不過是高頻噪聲。相對于無源PFC，有源PFC復(fù)雜，成本較無源PFC，要高得多，有源PFC工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，體積小、重量輕，比無源

功率因數(shù)校正電路效率高。主要應(yīng)用于中高端電源產(chǎn)品。相對于無源PFC，有源PFC，具有的優(yōu)點如下。

① 校正效果遠優(yōu)于歐洲的。3諧波規(guī)范，即便未來規(guī)格更趨嚴格也都能符合規(guī)定。

② 隨著IC器件需求增加，成本將隨之降低。

③ 能以較低成本帶來全域電壓的高附加價值。

④ 功率因數(shù)接近完美的100%，使電力利用率極佳化，對環(huán)保有益。

⑤ 隨著未來CPU的發(fā)展趨勢，輸出瓦數(shù)(電力)要求將越來越高，有源PFC，因成本不隨輸出瓦數(shù)增加而上升，故擁有較好競爭力。