有源功率因數校正技術在工作電路中的實現

劉瑞

摘 要：功率因數校正（PFC）技術對改善電子設備的功率因數，減少諧波對電路干擾的有效方法。限制離線系統的輸入電流諧波、這種提高電路功率因數的技術措施，稱作功率因數校正。功率因數校正由有源和無源兩種類型組成。有源功率因數校正技術比無源功率因數校正技術特別是在電路工作穩定性和電路工作特性等方面的相關技術指標要好。本文將對有源功率因數校正的實現進行闡述。

關鍵詞：電流諧波；功率因數校正；實現

Abstract： the power factor correction（PFC）technique to improve the power factor of electronic equipment， the effective method to reduce circuit by harmonic interference. Limit offline system input current harmonic and the measures to improve the technology of power factor of the circuit， said as a power factor correction. Power factor correction is composed of active and passive two types. Active power factor correction technology than passive power factor correction technology， especially in such aspects as working stability and circuit operating characteristics of related technical indicators. This article will shed light on the implementation of active power factor correction.

Keywords： current harmonic； Power factor correction； Implementation

中圖分類號：TN432 文獻標識碼：A

0.引言

AC輸入電流諧波被認為是一種“電力公害”，它不僅會使線路功率因數降低，影響交流電源的利用率，造成電能的浪費，而且會對電網造成污染，對系統自身和連接在共用一個交流電源系統的其他電氣設備產生嚴重的影響，乃至引起故障，損壞設備。

對AC/DC轉換的高頻開關電源或者部分交流市電的非線性負載，將導致交流輸入市電的正弦輸入交流電流波形發生畸變，電路中會有大量的諧波電流的成分產生。由于交流輸入市電電流中只有少部分的基波電流成分可以做功，而大部分的諧波電流成分不但不做功，反而產生大量的諧波干擾對電網和其他相鄰用電設備造成影響，降低電網的功率因數，對周圍環境中造成電磁污染，減小電網的供電效率。

隨著開關電源類電子產品的應用普及，電子計算機和家用電器等產品的需求逐年增加。在很多這類設備和電器內部，都需要一個工頻市電轉換為直流的AC/DC電源變換電路。

1.有源功率因數校正技術的特點

有源功率因數 校正技術可以有效地提高電氣設備的功率因數PF值和降低由于電氣設備而引入的高次諧波成分對電網造成的影響。有源功率因數校正技術可以對諧波的變化進行快速的動態跟蹤補償，補償特性不會因為負載阻抗和電網阻抗發生變化而改變。由于有源功率因數校正技術具有補償特性好的突出優點，因而近些年來得到了廣泛的應用。有源功率因數校正的工作原理是由控制電路實現交流輸入電流波形跟隨交流輸入電壓波形的動態變化，從而使交流輸入波形實現正弦規律變化，同時與交流輸入電壓波形同步，其作用可看成是一個純電阻電路，所以有源功率因數校正又稱為電阻仿真器。

2.有源功率因數校正技術的實現

（1）電流連續型（CCM）有源功率因數校正電路

當有源功率因數校正電路的工作模式處于電流持續導通控制狀態時，由于流過功率開關元器件的電流峰值應力小，從而使功率開關元器件和相關元器件的電應力較小、輸入紋波電流也較小、工作于恒頻控制方式與濾波器電路容易設計等優點，在實際應用中得到廣泛推廣。工作于電流連續導通工作模式（CCM）的有源功率因數校正電路的控制框圖如圖1所示。

（2）臨界導通型（CRM）有源功率因數校正電路

通常較低功率開關電源和電子鎮流器電路，采用臨界導通型（CRM）有源功率因數校正控制方法，它具有造價低的優點、電路易于實現，臨界導通型（CRM）有源功率因數校正電路工作框圖如圖2所示。

（3）工作于跟隨升壓輸出方式的有源功率因數校正電路

有源功率因數校正電路當處于跟隨升壓輸出方式的工作模式下時，其輸出電壓可以跟隨電路的輸入電壓的變化，這就是所謂的跟隨輸出升壓有源功率因數校正工作方式，在這種工作方式下，有源功率因數校正電路的輸出電壓總是比交流市電輸入電壓的峰值要高。在大多數應用場合有源功率因數校正電路的負載是一個DC/DC變換器電路，這個 DC/DC變換器電路本身就可以在較寬的直流輸入電壓下正常工作，所以對DC/DC變換器而言要求直流輸入電壓固定不變意義不大。

工作于跟隨升壓輸出的有源功率因數校正電路具有體積小和有源功率因數校正電感也較便宜的優點。對功率開關管MOSFET而言，它的導通開關損耗也較小，這在要求電路造價要盡量低的應用場合。跟隨升壓輸出有源功率因數校正電路是一個比較好的選擇。跟隨升壓輸出有源功率因數校正電路，其優點具有電路結構簡單，集成電路芯片成本較低，易于實現和設計、功率開光管MOSFET的開關損耗小，磁元件的體積小和有源功率因數校正電感的造價較低等優點。

（4）平均電流控制技術的有源功率因數校正

工作于平均電流控制方法的有源功率因數校正電路的電流控制環路工作原理框圖如圖3所示。

在平均電流控制法的有源功率因數校正控制方式中，采用了電流控制環和電壓控制環，輸入電流波形在電流控制環作用下更趨于正弦波，升壓輸出在電壓控制環作用下的電壓穩定性加強。

平均電流的有源功率因數校正控制方法的優點是它可以用于功率大于200W的應用場合，通過除法器除以Vin2，電路可以用于克服由于輸入電壓的變化而影響控制環路帶寬。工作于平均電流有源功率因數校正控制方式和其他控制方式相比，它的高頻電流峰值較小。

工作于平均電流有源功率因數校正控制方法的缺點是較工作于臨界導通工作模式（CRM）的有源功率因數校正電路的造價要高，并且電路也更復雜些。

結語

目前從實際的應用情況看，較為實用的有源功率因數校正電路的拓撲結構不過也就一兩種。升壓輸出平均電流型控制有源功率因數校正的電路拓撲結構和工作于持續導通工作模式的升壓輸出有源功率因數校正電路拓撲結構，是較為常用的技術方案，適用于功率較大的用電設備。臨界導通模式升壓輸出有源功率因數校正電路的拓撲結構，適用于功率較低的用電設備。有源功率因數校正電路在實際應用范圍持續擴大，對于多種不同電路結構形式的有源功率因數校正電路樣式的要求也在不斷加大。大多數企業的實際用電設備具體應用的有源功率因數校正電路是現有電路形式改進和拓展，有源功率因數校正技術不斷發展并且出現了一些嶄新的技術。

參考文獻

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