单级功率因数校正技术
在低功率应用中，为了减少器件和成本，单级功率因数校正(PFC)技术越来越受到人们的关注。单级PFC技术是把PFC级和DC／DC级集成在一起，共用开关管和控制电路，同时提高功率因数和对输出电压的快速调节。
本文针对单级PFC技术进行分析和研究，共分六章。第一章对无源PFC 技术、有源两级PFC技术和有源单级PFC技术进行了分析和对比，指出了它们各自的优、缺点和适用范围，并得出单级PFC技术适用于小功率场合，是PFC技术在小功率应用中发展的必然趋势，同时也是目前PFC技术的研究热点。
第二章对现有的单级PFC变换器拓扑进行了分析，指出在单级PFC变换器中，为了在实现输出电压快速调节的同时使输入电流谐波含量达到
IEC1000-3-2标准，必须解决的两个问题是：如何实现输入电流整形和控制储能电容电压在450V以下。本文把单级PFC拓扑分为Boost型和Buck-Boost型结构，Boost型单级PFC变换器还可分为两端模式和三端模式两种，归纳出它们的通用模型，阐述了它们之间可以相互转换以及相互转换的规律，从而在现有的单级PFC变换器拓扑上得到了一些新的拓扑结构。
第三章对三种采用变压器绕组实现负反馈的单级PFC变换器进行研究，显示出三种拓扑性能相近，并且它们之间可以进行相互转换，验证了第二章提出的转换规律。研究结果说明采用变压器绕组以负反馈的方式抑制储能电容电压有很好的效果，而且增加的器件较少，结构简单。
第四章提出一种新型单级PFC变换器，采用变压器绕组以负反馈的方式抑制储能电容电压。本章分析电路的工作状态，完成了电路设计和实验验证。
并同其它单级PFC变换器进行了对比，得出新型拓扑具有结构简单、输入电
流谐波含量低、储能电容电压低的特点，适合于小功率应用。第五章研究了DCM反激式单级PFC变换器。
根据“无损电阻”的概念对用于实现PFC功能的反激变换器进行了理论分析和电路参数的确定。对于采用RCD吸收电路的反激变换器进行了损耗分析，指出了漏感对变换器的效率、器件的电压额定值起到决定性的作用，影响了变换器在实际中的应用。
同时对反激有源箝位电路进行了仿真和实验。反激有源箝位电路在固定占空比情况下，由于变压器的磁化能量能够双向流动，存在主管开通时磁化电感和漏感能量反馈回输入端，使输入电流畸变，降低了输入功率因数。
但如果设计反激有源箝位电路工作在电流连续模式，控制占空比，使输入电流跟随输入电压，可以提高输入功率因数。
摘要第六章对本文的工作进行了总结。
功率因数PF=输入有用功功率S/输入总功率P(视在功率) 转换效率=输出额定功率(Pout)/ 输入有用功功率S×100% 有功功率=电源自身损耗（热量，机械能等）+输出功率 视在功率：即交流电压和交流电流的乘积，用公式表示为：S=UI。 也为有功功率+无功功率 P是有功功率，单位是W（瓦） Q为无功功率，单位是VAR（乏） S视在功率,单位是VA F=COSθ 被称为功率因数,PFs 上式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安），U是额定输出电压，单位是V，如220V、380V等；I是额定输出电流，单位是A。视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI·F 上式中，P是有功功率，单位是W（瓦），F=COSθ 被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q为无功功率，单位是var（乏）。 对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。 假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于1，可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，UC的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的 希望对你有帮助。 Chroma8000所测的效率计算疑问？ Uac=264V
功率因数校正方案 方案一：采用数字控制 方案：采用MCU （微控制单元）或DSP（数字信号处理）通过编程控制完成系统的功率因数校正。，MCU 时刻检测输入电压、输入电流以及输出电压的值，在程序中经过一定的算法后输出PWM 控制信号，经过隔离和驱动控制开关管，从而提高输入端的功率因数。采用数字控制的优点是通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量。缺点是软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。 方案二：采用模拟控制 方案：采用专用PFC（功率因数校正）控制芯片来完成系统功率因数的校正。整流后的线电压与误差放大器处理的输出电压相乘，建立电流的参考信号，该参考信号就具有输入电压的波形，同时也具有输出电压的平均幅值。因此在电流反馈信号的作用下，误差放大器控制的PWM 信号基本变化规律是成正弦规律变化的，于是得到一个正弦变化的平均电流，其相位与输入电压相同，达到功率因数校正的目的。该方案的优点是，使用专用IC 芯片，简单直接，无需软件编程。缺点是电路调试麻烦，易受噪声干扰。模拟PFC 控制是当前的工业选择，且技术成熟，成本低，使用方便。通过比较，系统选用方案二，采用TI 公司专用PFC 控制芯片UCC28019 来完成功率因数的校正。 方案一：LC校正电路根据电感电流不能突变的原理，整流后采用LCC滤波电路,可在一定程度上提高功率因素PF，一般可达0.8～0.9。优点是电路简单、可靠性高、成本低、EMI（电磁干扰）小；缺点是体积大、重量重，电感损耗较大，PF很难接近1。 方案二：填谷式PF校正电路使用电容C1～C2及二极管D5～D7构成填谷式滤波电路，扩展了整流二极管电流波形导通角θ，二极管D6后可串联浪涌电流限制电阻R，可将PF提高到0.8～0.9之间。该电路优点：体积略小于LC校正电路，可靠性高，EMI小，PF也容易达到0.85以上；缺点是输出功率小，只能用在输出功率小于25W的AC-DC变换器中，损耗相对较大，输入电压允许变化范围小，一般不超过15%。电路原理图如图2.1所示。 2.1 填谷式电路 方案三：有源功率因素校正(APFC)电路在整流器与负载之间插入具有特定功能的DC-DC变换器，使输入电流波形尽可能接近正弦波，构成有源功率因素校正电路（APFC）。该技术优点是：电路体积小，校正后的PF接近1；输入电压变化范围大，目前支持全电压范围(90V～265V)的APFC电路技术非常成熟、应用也很普及，因此在输出功率为20W～300W的AC-DC 变换器中使用APFC电路来改善电流波形THD（总谐波失真）参数较为合适。缺点是：该电
功率因数校正之基本原理 何谓工率因数？ 功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。 实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。 当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)
Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。 当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。
功率因数（Power Factor是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数低，说明无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。 关于功率因数的讨论网上也有不少文章，但很多人仍然对一些概念存有误解，这将为系统的设计带来诸多危害，有必要在此再加以澄清。 一、功率因数的由来和含义 在电气领域的负载有三个基本品种：电阻、电容和电感。电阻是消耗功率的器件，电容和电感是储存功率的器件。日常所用的交流电在纯电阻负载上的电压和电流是同相位的，即相位差q = 0°，如图1(a)所示；交流电在纯电容负载上的电压和电流关系是电流超前电压90°(q =90°)，如图1(b)所示；交流电在纯电感负载上的电压和电流关系是电流滞后电压90°(q = -90°)，如图1(c)所示。
图1 不同性质负载上的电流电压关系 功率因数的定义是： (1) 在电阻负载上的有功功率就是视在功率，即二者相等，所以功率因数F=1。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90°，所以所以功率因数F=cosq = cos90°=0，即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零。 从这里可以看出一个问题，同样是一个电源，对于不同性质的负载其输出的功率的大小和性质也不同，因此可以说负载的性质决定着电源的输出。换言之，电源的输出不取决于电源的本身，就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。 从上面的讨论可以看出，功率因数是表征负载性质和大小的一个参数。而且一般说一个负载只有一种性质，就像一个人只有一个身份证号码一样。这种性质的确定是从负载的输入端看进去，称为负载的输入功率因数。一个负载电路完成了，它的输入功率因数也就定了。
逆变电源中功率因数校正 中心议题：逆变电源中功率因数校正逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题分析 解决方案：采用单级PFC电路的逆变器 由于对性能要求的不断提高，特别是当前“绿色”电源的呼声越来越高，现代逆 变器系统对功率因数校正和电流谐波抑制提出的更高的要求。本文对功率因数校正在现代逆 变电源中的应用作了简要介绍。分析比较了几种带有PFC功能的逆变器构成方案，分析结果 表明带单级隔离型PFC电路的两级逆变器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。1 现代逆变电源系统的组成和结构随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许 多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形 式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。现代逆变系统就是一种通过整流和逆变组 合电路，来实现逆变功能的电源系统。逆变系统除了整流电路和逆变电路外，还要有控制电路、保护电路和辅助电路等。现代逆变系统基本结构。 图1 逆变系统基本结构框图 现代逆变系统各部分功能如下：1. 整流电路：整流电路就是利用整流开关器件，如半导体二 极管、晶闸管(可控硅)和自关断开关器件等，将交流电变换为直流电。除此之外，整流电路 还应具有抑制电流谐波和功率因数调整功能。2. 逆变电路：逆变电路的功能是将直流电变换 成交流电，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变器的输出电压或电流的 频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。3. 控制电路：控制电路的功能 是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变器主 电路完成逆变功能。4. 辅助电路：辅助电路的功能是将逆变器的输入电压变换成适合控制电 路工作需要的直流电压。对于交流电网输入，可以采用工频降压、整流、线性稳压等方式， 当然也可以采用DC-DC变换器。5. 保护电路：保护电路要实现的功能主要包括：输入过压、欠压保护；输出过压、欠压保护；过载保护；过流和短路保护；过热保护等。2 逆变电源系 统功率因数及谐波干扰问题分析对于逆变器的整流环节（AC-DC），传统的方法仍采用不控整 流将通用交流电网提供的交流电经整流变换为直流。虽然不控整流器电路简单可靠，但它会 从电网中吸取高峰值电流，使输入端电流和交流电压均发生畸变。也就是说，大量的电器设 备自身的稳压电源，其输入前置级电路实际上是一个峰值检波器，在高压电容滤波器上的充 电电压，使得整流器的导通角缩短三倍，电流脉冲成了非正弦波的窄脉冲，因而在电网输入 端产生失真很大的谐波峰值干扰，。(a) 电网输入端电流和电压的畸变 (b)峰值电流中的 各次谐波分量频谱 图2 传统整流电路输入端电网电压和电流失真与谐波干扰分量图 推荐相关文章：开关电源的几种热设计方法手机LED背光电源管理的设计需求2011半导体发 展趋缓，逆变器前景最好肖特基二极管在电源管理中的应用分析电源模块并联供电的冗余结 构及均流技术反激电源的设计反激电源’电源已接通未充电‘问题的解决办法！ 单相电源与三相电源的区别什么是脉冲电源 由此可见，大量整流电路的应用使电网供给严重畸变的非正弦电流，对此畸变的输入电流进 行傅立叶分析，发现它不仅含有基波，还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波污染，使输入端功率因数下降，将造成巨大的浪费和严重危害。输入电 流谐波的危害主要有：（1）使电能的生产、传输和利用的效率降低，使得电器设备过热、产 生振动和噪声并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。（2）可引起电力系统局 部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。（3）使测量仪器产生附 加谐波误差。常规的测量仪器是设计并工作在正弦电压、电流波形的，因此在测量正弦电压 和电流时能保证其精度，但是这些仪表用于测量非正弦量时，会产生附加误差，影响测量精
网络教育学院《电源技术》课程设计 题目：功率因数校正（PFC）技术的研究 学习中心：辽宁东港奥鹏 层次：高中起点专科 专业：电气工程及其自动化 年级： 2010年春季 学号： 学生： 辅导教师：武东锟 完成日期： 2012年 2 月 24 日
内容摘要 本文对于单相与单相PFC技术及其控制方法的研究，针对于各种功率因数校正，介绍了相应的基本工作原理，和功率因数校正技术的额发展和其主要最主要特点。从主电路的拓扑形式和控制方式分析有源功率因数校正。进而更好的学习电源技术。 关键词：功率因数校正；PFC技术；控制方法；有源功率因数
引言、 功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高，实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。因此。防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。 随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC)功能。设计人员面对着实现适当的PFC段，并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现，有助设计人员优化其特定应用要求的设计。
1功率因数校正基本原理及方法 1.1功率因数校正基本原理 功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。 PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。 1.1.1拓扑选择的一般方法 由于输入端存在电感，升压转换器是提供高功率因数的方法。此电感使输入电流整形与线路电压同相。但是，可以采用不同的方案来控制电感电流的瞬时值，以获得功率因数校正。 a．临界导电模式(CRM)PFC——由于控制的设计较为简单，而且可与较低速升压二极管配合使用，所以在较低功率应用中通常采用此方法。 b．不连续导电模式(DCM)PFC——此创新的方案延承了CRM 的优点，并消除了若干限制。 c．连续导电模式(CCM)PFC——由于这种方案恒频且峰值电流较小，是较高功率(>250 W)应用的首选方案。但是，传统的控制解决方案较为复杂，牵涉到多个环
IC MOSFET EEPROM 886-2-2225-8899 https://www.doczj.com/doc/a217756273.html, 29 23 17 13 4 3 3 2 2 2 → → → [ 2010-01-05] [ ] DC/DC DC/AC AC AC 1 AC 3 60% 100% THD !120%. PF THD AC COSφ1=1 0.64. AC “ ”. AC AC PFC P FC ~ PFC PFC PPFC PFC IC PFC APFC APFC IC, PPFC AC IEC1000-3-2 1 PFC PFC PFC PFC PFC CRM DCM CC M Digg (PFC) ATX ATX SCR DC/DC Converter Military, cots, 270V, 28V, avionics MIL-STD-1275/704, DO160, PFC, 115V https://www.doczj.com/doc/a217756273.html, 2011 https://www.doczj.com/doc/a217756273.html,/hklightingfaira (PFC) IC FPGA/CPLD XILINX,ALTERA,LATTICE,ACTEL,8051 USB https://www.doczj.com/doc/a217756273.html, CTA Metal Compensator Qulified SS Compensator in Various Size with Attractive Price in China https://www.doczj.com/doc/a217756273.html,
1.CRM-PFCCRM BCM TM CRM-PFC 250W 150W CRM-PFC 2 Cin Co, L ZCI VDl VTl PFC R1 R2 1%.R3 R4 DC R4 PFC 0. 6% 2.5V Rs Rs RC 2 IC CS IC VTl VDl L VTl, Rs IC L VT1 VD1 IL I L IC VTl “ ”. IL AC Cin AC 1 0.98~0.99 3 CRM-PFC AC CRM-PFC IC 2000 CR M-PFC 2.5 AC 1 80~250V 85~265V RC CRM~PFC PWM CRM-PFC DC 400V . CRM-PFC I C 1. 2.DCM-PFCDCM-PFC 4 3 CRM- PFC DCM-PFC CRM-PFC AC D CM-PFC DCM-PFC CRM-PFC DCM-PFC EMI CRM-PFC AC EMI DCM PFC PFC IC NCPl601 AC DCM; AC CRM CRM DCM https://www.doczj.com/doc/a217756273.html,M-PFCCCM-PFC 5 6 CCM-PFC IliD 500W PFC/PWM IC UCC38500 CM6900 MIA800 CCM-PFC IC 2 CCM-PF
1、什么是功率因数校正(PFC)? 功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。一般状况下, 电子设备没有功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)时其PF值约只有0.5。 PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。 PFC打个形象的比方：一个啤酒杯的容积是一定的，就好比是视在功率，可是你倒啤酒的时候很猛，就多了不少的泡沫，这就是无功功率，杯底的啤酒其实很少，这些就是有功功率。这时候酒杯的利用率就很低，相当于电源的功率因数就很小。PFC的加入就是要减少输入侧的无功功率，提高电网的利用率，对于普通的工业用电来讲是把电流的相位与电压的相位调整到一块了，对于开关电源来讲是把严重畸变了的交流侧输入电流变成正弦，另外还有降低低次谐波的功能，因为输入的电流是正弦了。 2、为什么我们需要PFC? 功率因素校正的好处包含: 1. 节省电费 2. 增加电力系统容量 3. 稳定电流 低功率因数即代表低的电力效能，越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损，若较低的功率因数没有被校正提升，电力公司除了有效功率外，还要提供与工作非相关的虚功，这导致需要更大的发电机、转换机、输送工具、缆线及额外的配送系统等事实上可被省略的设施，以弥补损耗的不足。有PFC 功能的电子设备配可以帮助改善自身能源使用率，减少电费，PFC也是一种环保科技，可以有效减低造成电力污染之谐波，是对社会全体有益的功能。 PFC电源供应器是如何帮助节省能源? 藉由降低您的电力设备必须传输的电压-电流，以提供一台电源供应器至少所需的供电量。因为产生较少无用的谐波(只会替交流电运输系统增加不必要的负担)，让电力的消耗减少。 什么是谐波? 谐波是一种噪音形式，基本上是由复合的60个循环正弦波组合而成的频率所造成。他们通常发生在电源供应器及其它包括计算机在内等多种频率相关机器。谐波会扭曲基本的正弦波波型, 也会在同一系统的水线及接地线造成偏高的电流。[注: 美国的电源线,有3个pins,就是(Live,火线)-(Neutral,水线)-(Ground,地线)] 有哪些国家规定PFC为电子设备的标准配备? 2001年一月，欧盟正式对电子设备谐波有详细规范，规定凡输出在75W~600W范围间之电子设备产品，都必须通过谐波测试[Harmonics test(EN 61000-3-2)]，测量待测物对电力系统所产生的谐波干扰；中国大陆自2002年5月起，规范凡政府机关采购之电子设备，皆将功率因数校正(PFC)视为电子设备的标准配备功能；日本已着手研拟关于节约电力的各项方案，这是一种未来的趋势，相信在不久的将来，其它国家将陆续跟进。 什么是主动式/被动式功率因数校正(Active/Passive PFC)? 被动式PFC，使用由电感、电容等组合而成的电路来降低谐波电流，其输入电流为低频的50Hz到60Hz，因
功率因数与效率的区别 尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率， 但区别却很大。功率因素是输入视在功率与输入有功功率之比，与效率无关的，功率因数越大表示无功量就小；它是电源对电网的利用率。电源效率是输入有功功率与输出有功功率之比，效率越高表示机电的损耗就小；它指的是转换效率，就是你这个LED灯泡是5W，但是你把这整个灯接上就不是5W，电源本身也要耗电，这个效率就是多少点是真正让灯泡用了，多少是无用的。当然效率越高越好。简单的说，功率因数产生的损耗是电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。一般来讲，功率因数与本设备的效率并没有必然的、直接的联系，但是，功率因数低了的话，会大量占用供电设备的容量，增加电路损耗，提高供电成本。比如，同样是1KW的电器，如果功率因数是0.9，那么占用供电系统的容量 1/0.9=1.1KvA，如果功率因数是0.5，那么占用供电系统的容量是1/0.5=2KVA。因为后者的线路电流较前者大了近一倍，所以线路损耗增加了近三倍。所以使用高功率因数设备的意义在于节约供电设备容量和减少线路损耗。效率，通俗地说就是吃了多少饭，干了多少活。比如一个电源，测得输入的功率是220W，又测得输出各路电压的总功率是190W，那么其效率190/220=86.4%。其效率还是很高的。如果换用一个低效率的电源，由于无论使用什么电源，电脑的实际需要是一定的，仍是190W，但这时测得输入的功率是280W，那么这个电源的效率是190/280=67.9%。很显然，两个效率不同的电源，电脑的工作都是一样的，不同的是，后一个电源比前一个电源多耗电280-220=60W。多了这60W，全部转化为热能，由风扇排出了。如果你有测温的工具，可以明显测出这两个电源工作温度和排出空气的温度是明显不同的。使用高效率的电源，对用户而言，可以节省电费，对供电企业，意义是节省供电设备的容量，减少供电设备的压力电源测量仪是各种生产或测量各种低压电源（常见的是开关电源，灯具电源、等等）的通用仪表，可以测各种参数，包括功率因数、输出电压、输出电流、电源效率、纹波、视在功率、有功功率、无功功率，等等。LED常常是用低压直流工作，所以它有一个电源，用来将交流变成低压直流，称为：“驱动器”，或“电源”。电源效率：是衡量输入电源的交流有功功率，有多少转化为直流功率了（有发热损耗等等）。发光效率：是指电能（或功率）转换成光能的转换效率，用lm/瓦来衡量，就是说同样的电能，
O 引言 传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越来越引起人们的注意。功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。本文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。 1 功率因数(PF)的定义 功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即 式中：I1为输入基波电流有效值； 为输入电流失真系数； Irms为输入电流有效值； cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。 可见PF由γ和cosφ决定。cosφ低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。γ值低，则表示输入电流谐波分量大，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。全桥整流器电压和电流波形图如图1所示。
2 功率因数校正实现方法 由式(1)可知，要提高功率因数有两个途径，即使输入电压、输入电流同相位；使输入电流正弦化。 利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。 功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到o．7~0．8，因而在中小功率电源中被广泛采用。有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功
单级功率因数校正（PFC)变压器的设计 1引言 为了减少对交流电网的谐波污染，国际上推出了一些限制电流谐波的标准，如IEC 1000- 3-2，它要求开关电源电源必须采取措施降低电流谐波含量。 为了使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因数校正（PFCPFC）。目前应用得最广泛的是PFC级＋DC/DC级的两级方案，它们有各自的开关器件和控制电路。这种方案能够获得很好的性能，但它的缺点是电路复杂，成本高。 在单级单级功率因数校正变换器[1]中，PFC级和DC/DC级共用一个开关管和一套控制电路，在获得稳定输出的同时实现功率因数校正。这种方案具有电路简单、成本低的优点，适用于小功率场合。本文介绍了一种单级PFC变换器的基本原理及其设计设计过程。 2单级PFC变换器 单级PFC变换器的原理图，是一种基于脉宽调制（PWM）的变换器。变换器的PFC级采用Boost 电感电路，而DC/DC级采用双管单端正激电路结构。 PWM集成芯片采用了UC3842，是一种电流型控制的专用芯片，具有电压调整率高、外围元器件少、工作频率高、启动电流小的特点。其输出驱动信号通过隔直电容，连接在驱动变压器变压器原边。驱动变压器采用副边双绕组结构，得到两路同相隔离的驱动信号，从而实现了DC/DC级的双管驱动。 变换器的过流保护由电阻R9检测到开关管的过流信号，封锁UC3842的输出信号，实现过流保护。电压负反馈控制由电阻R12和R13获得输出电压信号。 变换器的工作原理简述如下：当变换器接通电源时，输入交流电压整流后的直流电压经电阻R17降压后，给UC3842提供启动电压。进入正常工作后，二次绕组N3提供UC3842的工作电压（12 V）；绕组N2的高频电压经整流滤波，由TL431获得偏差信号，经光耦隔离后反馈到UC3842，去控制开关管的导通与截止，实现稳压的目的。在一个开关周期Ts内，控制Boost 电感工作在不连续导电模式（DCM）下，使得输入电流波形自然跟随输入电压波形，从而实现了功率因数校正。 3变换器的设计 3.1 EMI滤波器的设计 EMI滤波器能有效地抑制电网噪声，提高电子仪器、计算机和测控系统的抗干扰能力及可靠性[2]。单级PFC变换器的PFC级工作在不连续导电模式下，其输入电流波形为脉动三角波，因此其前端需添加EMI滤波器以滤除高频纹波。 EMI滤波器电路，包括共模扼流圈（亦称共模电感）和滤波电容。共模电感主要用来滤除共模干扰，其电感量与EMI滤波器的额定电流有关。本文中的单级PFC变换器的额定电流为1 A，取共模电感值为15 mH。滤波电容C11和C13主要滤除串模干扰，容量大致为0.01μ F～0.47 μ F。C14和C15跨接在输入端，并将电容器的中点接地，能有效抑制共模干扰，容量范围是2200 pF～0.1 μ F。 3.2功率器件的选取 变换器的开关器件一般均选用功率场效应管（MOSFET），依据输入最高电压时输出最大电流的要求来确定其电压与电流等级，并预留有1.5～2倍的电压和2～3倍的电流裕量。在单管变换器中，开关器件的电压UCEO通常可按经验公式选取
负荷计算 是根据已知工厂的已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假象负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网负责、浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。因此，我们在设计时必须认真确定。 负荷计算的方法： 我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。 需要系数法的主要步骤： （1）将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。 （2）查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。 （3）用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。 机械厂负荷统计表 计算公式：
有功功率 P30= Pe*Kx(kW) 无功功率 Q30= P30*Tan Φ(kVar) 视在功率 S30= P30/ Cos Φ(KVA) 计算电流 I30= S30/（√3*UN)(A) 1.金工车间 (1)动力: 17.1tan ,65.0cos ,3.0,360====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 2.工具车间 （1）动力： 17.1tan ,65.0cos ,3.0,360====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 3.电镀车间: （1）动力：75.0tan ,8.0cos ,6.0,310====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 4.热处理车间： （1）动力： 75.0tan ,8.0cos ,6.0,260====??d e K KW P （2）照明：0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 5.装配车间： （1）动力：查表1得，88.0tan ,75.0cos ,4.0,260====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 6.机修车间： （1）动力： 02.1tan ,70.0cos ,3.0,180====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,5====??d K KW Pe 7.锅炉房： （1）动力：02.1tan ,70.0cos ,6.0,180====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,2====??d K KW Pe 8.仓库: （1）动力： 02.1tan ,70.0cos ,3.0,130====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,2====??d K KW Pe
ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理 ＰＦＣ开关电源功率因数校正原理 一、什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正： 功率因数的定义为有功功率与视在功率的比值． 功率因素补偿:这项技术主要是针对因具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相(图1)而引起的供电效率低下,提出的改进方法(由于感性负载的电流滞后所加电压,电压和电流的相位不同,使供电线路的负担加重,导致供电线路效率下降,这就要求在感性用电器具上并联一个性质相反的电抗元件.用以调整该用电器具的电压、电流相位特性.例如:当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器).用电容器并联在感性负载的两端,利用电容上电流超前电压的特性,用以补偿电感上电流滞后电压的特性,使总的特性接近于阻性,从而改善效率低下的方法叫做功率因数补偿(交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示)。 图1 在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形
常规开关电源功率因数低是由于开关电源都是在整流后,用一个大容量的滤波电容使输出电压平滑,因此负载特性呈现容性.这就造成了交流220V在整流后,由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压上出现略呈锯齿波的纹波.滤波电容上电压的最小值远非为零,与其最大值(纹波峰值)相差并不多. 图2 全波整流电压和AC输入电流波形 因为根据整流二极管的单向导电性,只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通,而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时,整流二极管因反向偏置而截止.也就是说,在AC线路电压的每个半周期内,只是在其峰值附近,二极管才会导通.虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形,但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲,如图2所示.这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份,引起线路功率因数严重下降. 在正半个周期内(180o),整流二极管的导通角大大小于180o,甚至只有30o～70o.由于要保证负载功率的要求,在极窄的导通角期间,会产生极大的导通电流,使供电电路中的供电电流呈脉冲状态.它不仅降低了供电的效率,更为严重的是,它在供电线路容量不足或电路负载较大时,会产生严重的交流电压波形畸变(图3),并产生多次谐波,从而干扰了其它用电器具的正常工作(这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题)。
功率因数校正(英文缩写是PFC)是 目前比较流行的一个专业术语。PFC是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。 线路功率因数降低的原因及危害导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。前一个原因人们是比较熟悉的。而后者在电工学等书籍中却从未涉及。 功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S。对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF即为COSΦ。由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。 PFC方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。 长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC转换的。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通(导通角约为70°)。虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图l所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。若AC输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF与电流总谐波失真(度)THD之间存在下面关系
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 基于UC3854的单级式功率因数校正的研究 *引言 近年来，随着电子技术的发展，各种办公自动化设备，家用电器，计算机被大量使用，然而，在这些设备的内部都离不开一个共同的“心脏”——开关电源，即将市电转化为直流电源，以供给系统的需求。在这个转换过程中，由于一些非线性元件的存在，导致输入的交流电压虽然是正弦的，但输入的交流电流却严重畸变，功率因数PF=0.67。如图1所示。 图1.输入电压电流波形 脉冲状的输入电流，含有大量的谐波，而谐波的存在，不但对公共电力系统产生污染，易造成电路故障，而且严重降低了系统的功率因数。本课题基于此问题进行有源功率因数校正技术的模拟控制策略研究，设计了基于UC3854为核心的功率因数校正系统，实现了电源装置网侧电流正弦化，功率因数接近1，极大地减少了电流谐波，消除了对公共电力系统的污染。 1．主电路拓扑结构 主电路采用单级功率因数校正器，主要是将PFC级和DC/DC变换级集成在一起，两级共用一只功率器件，它与传统的两级电路相比省掉了一只功率器件，增加了一个二极管。系统拓扑如图2所示。另外，其控制采用常规的PWM方式，相对简单。 iac AC PFC DC/DC 图2.单级有源功率因数校正
文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持. 2.有源功率因数校正电路原理 有源功率因数校正电路原理 整流器输出电压u d 、升压变换器输出电容电压u C 与给定电压U *c 的差值都同时作为乘法器的输入，构成电压外环, 而乘法器的输出就是电流环的给定电流I *s 。 升压变换器输出电容电压u C 与给定电压U *c 作比较的目的是判断输 EMI 滤波器 u i i i ＋－ u d C 1 P WM 形成电路L 1 V 乘法器 i F * s I u d VD C 采样滤波 U o u C － ＋△ ∞* c U
无功功率和功率因数 无功功率 在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。 有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。 无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢? 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。 无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： (1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。 2功率因数 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性