開關電源功率因數校正電路設計與應用實例之：概述

于是功率因數校正電路的基本思想是將整流器與濾波電容隔開，使整流電路由電容性負載變?yōu)殡娮栊载撦d。在功率因數校正電路中，其隔離型電路如圖1-7所示。但這種電路結構不能實現(xiàn)輸入與輸出的電隔離。

圖1-6常規(guī)開關電源輸入電壓與輸入電流波形

圖1-7基本隔離型PFC電路

圖1-8電容輸入的電路

新型低污染、高效率、低應力、低輸出紋波開關電源主要包括EMI及浪涌吸收濾波電路，前級有源軟開關功率因數校正電路，相移諧振軟開關DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。

一般開關電源的輸入整流電路如圖1-8所示，市電經整流后對電容充電，其輸入電流波形為不連續(xù)的脈沖，如圖1-9所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值I為：

式中，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量。

諧波電流使電力系統(tǒng)的電壓波形發(fā)生畸變，將各次諧波有效值與基波有效值的比稱之為總諧波畸變(TotalHarmonicDistortion，THD)其表達式為：

THD=

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

（1）功率因數校正的基本原理

由功率因數PF==1可知，要提高功率因數，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。

利用功率因數校正技術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校正電路叫做電阻仿真器。

功率因數校正電路，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變(PulseWidthModulation,PWM)來調整輸入功率的大小，以供應適當的負載所需的功率，脈沖波寬度調變器控制切換開關(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器應該輸出的標準電壓值)做比較，所產生的電壓差回饋至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電流的諧波產生。

(2)PFC技術分類

功率因數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。雖然無源功率因數校正電路得到的功率因數不如有源功率因數校正電路高，但仍然可以使功率因數提高到0.7～0.8，因而在中小功率電源中被廣泛采用。無源PFC，電路的結構也較為簡單，實際上是采用矽鋼片制成的工頻電感，它利用電感線圈內部電流不能突變的原理調節(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。無源PFC結構笨重，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。

② 電源重量和體積增加。

④ 當電源功率超過300W以上，無源PFC，在材料成本及產品性能表現(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，使功率因數接近1。有源PFC具有體積小、重量輕的特點，通過專用IC去調整電流的波形，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，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，工作時也會產生噪聲，只不過是高頻噪聲。相對于無源PFC，有源PFC復雜，成本較無源PFC，要高得多，有源PFC工作于高頻開關狀態(tài)，體積小、重量輕，比無源

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

② 隨著IC器件需求增加，成本將隨之降低。

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