有源功率因数校正的优缺点分析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：升压型有源功率因数校正电路是处在桥式整流电路与电源控制电路之间。有源功率因数校正电路的输入与输出间没有绝缘隔离，升压变压器的一次侧两端就是APFC的输出端，就安全而言有些危险，但是从整体开关电源来讲，并无大碍。图4-3所示的有源功率因数校正电路为硬开关电路，升压式变换电路也可以用软开关构成APFC。

功率因数校正包括无源功率因数校正（Passive Power Factor Correction，PPFC）和有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）两种，这两种电路的主要不同点在于后者除了使用无源元件外，还采用了晶体管和专用集成电路。在谐波滤波电路中，只要使用了一个晶体管之类的有源器件，就叫做APFC电路。APFC电路置于桥式整流器与滤波电解电容之间，是一种DC/DC变换电路。APFC变换电路有升压、降压、升压—降压和回扫4种类型，如图4-5所示。在回扫型APFC电路中，输出电压可以低于输入电压，也可以高于输入电压。在多数情况下，这种隔离式变换电路的输出电压都低于输入电压。由于升压型APFC电路在一定输出功率下可以减小输出电流，这样可以减小输出滤波电容的容量和体积，目前开关电源大多采用这种类型的APFC电路。

图4-5 APFC电路的主要类型

APFC可以采用不同的方法进行控制。从变换电路的工作频率分有固定频率和可变频率两种；从电流控制方法上分有峰值电流控制、平均电流控制、滞环电流控制三种；按电感扼流圈有无储存电流来分，有连续传导模式（CCM）和不连续传导模式（DCM）两种，前者用于输出功率较大的场合，后者适用于200W以下的中功率APFC变换电路；在开关控制模式上又分为零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）两种类型。

在开关电源中，以升压型预调整器最为流行。它的主要优点是：第一，能有效地抑制输入电源电流的谐波失真，完全可以达到甚至远远低于谐波电流畸变指标要求；第二，能将系统功率因数提高到几乎等于1的水平，完全能满足世界各国对功率因数和总谐波含量的技术标准要求；第三，输出低纹波含量的直流电压，能确保开关电源的电流波峰系数低于1.5；第四，当输入交流电压在较大的范围内波动时，实现电压宽带输入（85～265V），而输出电压可得到稳定的直流电压；第五，消除了浪涌电压及尖峰电压对电路元件的冲击，提高了开关电源的可靠性和安全性，有力地延长了开关电源的使用寿命。

升压型有源功率因数校正电路是处在桥式整流电路与电源控制电路之间。有源功率因数校正电路的输入与输出间没有绝缘隔离，升压变压器的一次侧两端就是APFC的输出端，就安全而言有些危险，但是从整体开关电源来讲，并无大碍。当开关电源工作在20～100kHz的PWM条件下时，功率开关管的源极（S）、二极管和输出电容形成的电路如果出现杂散电感，APFC电路容易产生过电压的危险，对功率开关管的安全运行不利。

APFC的开关电源适用于500W的负载，这种开关电源经常在电力电子设备的预调节器上使用。图4-3所示的有源功率因数校正电路为硬开关电路，升压式变换电路也可以用软开关构成APFC。软开关可以降低开关损耗，提高APFC的效率。最近，国内已研制出了新型恒频控制零电压转换开关。这种APFC开关电源的主要参数指标为：输入电压为AC 85～265V，输出功率为500W，用IRGBC30U（IGBT）作为功率转换的主开关管，电源的工作频率一般为100kHz或更高，电路实测效率可以达到95%～98%。

有源功率因数校正的优缺点分析

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