功率因数校正的意义与基本原理

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-3是有源功率因数校正的基本工作原理图。主电路和控制电路组合成有源功率因数校正器。图4-4所示是功率因数校正电路的输入电流IL、Ii和输入电压Vdc、Vi的波形。图4-4 功率因数校正电路输入电压Vdc、Vi及输入电流IL、Ii波形实现PFC的方法很多，可根据电路工作频率高低以谐波分类，大致可分为3种：①无源PFC，就是电感、电容、整流二极管所组成的电路。

功率因数在所有用电设备中非常重要，开关电源中任何一种AC/DC、DC/DC变换电路都离不开功率因数校正。图4-3是有源功率因数校正（Advantage Power Factor Correction，APFC）的基本工作原理图。主电路由单相桥整流电路和DC/DC变换电路组成，点画线框内为控制电路。控制电路包括电压误差放大器A₁、基准电压源V_r、电流误差放大器A₂、乘法器M和驱动器等，组成一个比较完整的有源功率校正器的控制电路。主电路包括桥式整流器（UR）、功率开关管（VT）、输出升压二极管（VD）以及滤波电容（C）等。主电路和控制电路组合成有源功率因数校正器。

有源功率因数校正器的工作原理是这样的：主电路里的桥式整流电路将输入的交流电整流为100Hz的脉冲直流电，再经升压电感L和升压二极管VD整流输出电压V_o。电压V_o和基准电压V_r进行比较后，输入给电压误差放大器A₁，放大后的误差电压与桥式整流的脉动电压一起加到乘法器M中相乘，乘法器M输出一电流信号并与开关电流一起加到电流比较器A₂上，经A₂比较误差放大均化。中性电流去驱动脉宽调制信号，以控制开关功率管VT的导通和截止，从而使输入电流（即电感电流I_L）的波形与整流输出的脉动电压的波形基本一致，使电流谐波大大减少，提高了功率因数。不但如此，整流升压二极管输出电压受到可调频率的控制，可以得到稳定的、所需要的工作电压，这样为开关电源的设计、调试带来了便利。

图4-4所示是功率因数校正电路的输入电流I_L、I_i和输入电压V_dc、V_i的波形。V_i与I_i是两个同相位的正弦波。由图可见，输入电流被PWM频率调制后，使脉冲呈现出近似正弦波的波形，在一个开关周期内具有高频纹波的输入电流经均化后，使原先像锯齿波一样的纹波（见图4-4a）变成了较平滑的如同正弦波的波形，而且输入电流与输入电压是同相位的，不存在整流二极管导通角的影响，使输入电流发生畸变，谐波含量大大降低，功率因数提高到近似1，这就是有源功率因数校正的作用。

图4-4 功率因数校正电路输入电压V_dc、V_i及输入电流I_L、I_i波形

实现PFC的方法很多，可根据电路工作频率高低以谐波分类，大致可分为3种：①无源PFC，就是电感、电容、整流二极管所组成的电路。②低频有源PFC。是利用电感、功率开关管和控制电路组成调节功率开关管的通断，实现交流假正弦化，使低频有源PFC的PF值达0.95～0.97。③高频有源PFC，采用升压型功率变换电路，强制输入电流跟踪输入电压，实现正弦化，并与输入电压同步，PF值能达0.99以上，THD小于7%，但电路较复杂，使用较多。

功率因数校正的意义与基本原理

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