有源功率因数校正原理要点

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有源功率因数校正是指通过有源电路（主动电路）让输入功率因数提高，控制开关器件让输入电流波形跟随输入电压波形，相对于无源功率因数校正电路（被动电路）通过加电感和电容要复杂一些，功率因数的改善要好些，但成本要高一些，可靠性也会降低。

中文名有源功率因数校正性质技术优点功率因数的改善要好些缺点成本要高一些，可靠性也会降低目录1. 1校正电路分类2. 2工作原理有源功率因数校正校正电路分类编辑常用有源功率因数校正电路分为连续电流模式控制型与非连续电流模式控制型两类。

其中，连续电流模式控制型主要有升压型（Boost）、降压型（Buck）、升降压型（Buck-Boost）之分；非连续电流模式控制型有正激型（Forward）、反激型（Fly back）之分。

[1]有源功率因数校正工作原理编辑升压型PFC电路升压型PFC主电路如图所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IL流过电感线圈L，在电感线圈未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中，此时，电容C放电为负载提供能量；当Q截止时，L两端产生自感电动势VL，以保持电流方向不变。

这样，VL与电源VIN串联向电容和负载供电。

升压型PFC主电路这种电路的优点是：（1）输入电流完全连续，并且在整个输人电压的正弦周期内都可以调制，因此可获得很高的功率因数；（2）电感电流即为输入电流，容易调节；（3）开关管栅极驱动信号地与输出共地，驱动简单；（4）输入电流连续，开关管的电流峰值较小，对输入电压变化适应性强，适用于电网电压变化特别大的场合。

主要缺点是输出电压比较高，且不能利用开关管实现输出短路保护。

降压型PFC电路降压型PFC电路如图所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IL流过电感线圈，在电感线圈未饱和前，电流IL线性增加；当开关管Q关断时，L两端产生自感电动势，向电容和负载供电。

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。

有源功率因数校正（APFC）原理说明本次设计采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM），基于功率因数校正芯片UC3854设计的。

首先看下流程图：这个电路的主要部分是在元件UC3854和BOOST电路。

上图是UC3854的内部结构图。

其主要参数是它的乘法器。

乘法器是功率因素校正器的核心电路。

乘法器电路同时具有三个输入信号：控制电流，输入端电压，输出端电压。

最后，乘法器会输出一个电流。

BOOST电路：有储能电感，高频功率开关管，二极管和电容组成。

Boost 升压型变换器具有电感电流连续、储能电感能抑制RFI 和E．MI 噪声、流波形失真小、输出功率大及驱动电路简单等优点，因此常被用来作为有源功率因数正主电路拓扑。

工作原理：主电路由二极管桥式整流电路与Boost升压型DC-DC变换器组成，控制电路主要由UC3854芯片组成，包括基准电压Ur、电压误差放大器V A、电路误差放大器CA、乘法器M、脉宽调制器PWM及驱动器。

首先，交流电通过全波整流后变成直流电，为双半波正弦信号。

其次，输入电压Uo与基准电压Ur比较后，误差信号经过误差发达器放大后送入乘法器，与全波整流电压取样信号共同送到乘法器输入端，相乘后形成基波电流信号输出，基波电流信号与电流反馈信号经电流误差放大器CA相比较后输出信号，再与锯齿波信号相比较后形成PWM信号驱动功率开关管VT工作。

由于全波整流电压信号Udc为双半波正弦信号，稳定时电压误差放大器输出信号恒定，所以乘法器输出的基准电流信号波形和二极管桥式整流输出电压信号一致，也是双半波正弦信号，与高频的锯齿波信号比较后形成高频的PWM信号驱动开关管VT,可以迫使电感电流信号即输入电流信号在每个周期内按正弦规律变化，且与电路输入电压信号同相位，从而使输入电流跟踪输入电压，尽可能消除电流与电压的相位差，从而实现功率校正，提高功率因数，使功率因数近似为1。

本次设计参照原理图。

采用UC3854的有源功率因数校正电路工作原理与应用北京信息职业技术学院 100031 路秋生简介：本文主要介绍了有源功率因数校正（APFC）的工作原理、电路分类。

并对在国内得到广泛应用的UC3854集成电路的典型应用电路、工作原理做了介绍、分析。

关键词：功率因数（PF）有源功率因数校正乘法器除法器一．功率因数校正原理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。

即所以功率因数可以定义为输入电流失真系数（）与相移因数（）的乘积。

可见功率因数（PF）由电流失真系数（）和基波电压、基波电流相移因数（）决定。

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。

同时，值低，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，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。

由于常规整流装置常使用非线性器件（如可控硅、二极管），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量谐波电流成份，而谐波电流成份不做功，只有基波电流成份做功。

所以相移因数（）和电流失真系数（）相比，输入电流失真系数（）对供电线路功率因数（PF）的影响更大。

为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术标准，以限制谐波电流含量。

如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2等标准，它们规定了允许产生的最大谐波电流。

我国于1994年也颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93）。

传统的功率因数概念是假定输入电流无谐波电流（即I1=I rms或=1）的条件下得到的，这样功率因数的定义就变成了PF =。

二．PF与总谐波失真系数（THD：The Total Harmonic Distortion）的关系三.功率因数校正实现方法由功率因数可知，要提高功率因数，有两个途径：1.使输入电压、输入电流同相位。

第三章功率因数校正电路分析一: 引言有源功率因数校正的目的，是要使电源从输入端看就象一个简单的电阻。

有源功率因数校正器是靠控制输入电流随着输入电压变化来实现这个目的的。

当输入电压和电流之比是个常数，输入就是阻性的，功率因数就等于1.0。

当这个比值不是常数时，输入就包含相位移和/或谐波失真，功率因数就会下降。

功率因数最一般的定义是实功对视功之比其中P1是实功，P2是视在功率。

如果负载是纯阻性的，实功P1视在功率，功率因数就等于1.0。

如果负载不是纯阻性的，功率因数就低于1.0。

相位移是有源功率因数校正器输入阻抗的电抗的度量。

不论电抗是多大，也不管它是感性的还是容性的，都会引起输入电流波形对于输入电压波形的相位移。

这个电压和电流间的相位移是功率因数的经典定义，即正弦波电压和电流间的相位角的余弦电压和电流间的相位移的大小表明了负载的阻性程度。

如果电抗只占阻抗的一小部分，相位移就比较小。

如果有源功率因数校正器的前馈信号或控制环具有相位移，校正就会引入相位移。

交流母线电流滤波也会产生相位移。

谐波失真是有源功率因数校正器输入阻抗非线性的度量。

输入阻抗随输入电压的任何变化都会引起输入电流的失真，这个失真是引起功率因数下降的另一主要因素。

这个失真会增加电流的方均根值，但不会增加传递的总功率。

一个非线性负载的功率因数之所以低，是因为电流的方均根值大，而所传递的总功率又小。

如果非线性成分较小，谐波失真就小。

对于有源功率因数校正器来说，谐波失真来自几个方面，包括前馈信号，反馈环，输出电容、电感，以及输入整流器。

有源功率因数校正器能很容易地获得高输入功率因数，一般都大于0.9。

但功率因数并不能精确度量电流波形的失真或相位移。

因此往往都直接考虑这些量，而不是通过功率因数。

例如，当谐波失真为3%时，功率因数仍可高达0.999。

电流的总谐波失真达30%时，功率因数还可达0.95。

电流对于电压的相位移为25℃时，功率因数还可达0.90。

功率因数校正之分析
一、什么是功率因数校正
功率因数校正（Power Factor Correction）是指一种技术，其目的是使用技术将电气系统中的负载理论上的实际功率与有功功率之间的差异进行调整，以实现高效的运行。

功率因数校正有助于减少电气系统中的损耗，改善电气系统的运行效率，并降低电力用户的电力费用。

二、功率因数校正原理
根据电力系统中电压和电流的相位关系，有功功率和无功功率可根据下列公式计算：
P=V*I*cosφ
Q=V*I*sinφ
其中P为有功功率，Q为无功功率，V为电压，I为电流，φ为其间的相位差。

因此，当有功功率和无功功率之比不足时，则实际的功率负载与有功功率之间的差异会导致功率因数降低，此时，应采取功率因数校正，即增加无功功率，以使功率因数接近于1
1、电力系统中的电压和电流不再相正交；
2、增大电力系统中的无功功率，以使功率因数接近于1；
3、减少电力系统中的有功功率损耗；
4、改善电力系统的运行效率，减少电力消耗；
5、降低用户的电费；。

有源功率因数校正的原理
有源功率因数校正的工作原理是:
1. 电网侧的电压和电流通过检测电路采集后,进入控制电路。

2. 控制电路计算出功率因数PF的值。

3. 将检测到的功率因数与设置的目标功率因数值进行比较。

4. 根据两者的差异,控制电路产生对应的控制信号,驱动IGBT开关管。

5. IGBT开关管向电网放入一定幅值和相位的反相电压。

6. 反相电压与电网电压叠加,改变电网电流的相位角,从而校正电网的功率因数。

7. 不断检测反馈和校正,使功率因数稳定在目标值附近。

8. 达到预设的功率因数时,停止校正,待功率因数再次变化则重新启动。

通过快速的数字控制实现校正,有源功率因数校正器效果好、速度快、可靠性高。

但装置价格较贵。

PFC基础知识及FOC工作原理1.PFC基础知识功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）是一种用于改善电力系统功率因数的技术。

电力系统的功率因数是指负载消耗的有功功率与电网传输的视在功率之比。

传统的非线性负载（如开关电源）的功率因数通常很低，这会导致能源浪费，造成能源资源的浪费和电力系统的负荷增加。

PFC技术通过改善负载的有功功率与无功功率之比，提高功率因数。

主要有两种类型的PFC：有源PFC（Active Power Factor Correction, APFC）和无源PFC（Passive Power Factor Correction, PPFC）。

有源PFC通过控制输入电压的幅值和相位，实时跟踪负载的需求并主动纠正功率因数。

无源PFC则通过电容滤波器或电感滤波器的组合，调整负载的输入电流波形，从而改善功率因数。

PFC的目标是将输入电流与输入电压保持同步，以便使输入电源的使用效率最大化。

这样可以降低能量的浪费、提高能源的利用率，减少对电力系统的负荷冲击。

磁场定向控制（Field-Oriented Control，FOC）是一种用于控制三相交流电机的技术。

三相交流电机由转子和定子构成，其中定子是由三个互相偏移120度的线圈组成，每个线圈都与一个相位电流相关联。

传统的控制方式是直接控制定子的三相电流，但这种控制方式会导致转子磁场与定子磁场之间的耦合效应，使得电机控制效果不佳。

FOC技术通过将三相交流电机的转子磁场与定子磁场解耦，分别控制转子磁场和定子磁场的方向和大小，从而实现对电机的精确控制。

FOC的基本原理是首先将三相交流电机的三相电流转换为直流电流，然后再将其分解为转子磁场和定子磁场的分量。

控制器通过测量电机的运动状态（如电流、速度、位置等），根据给定的控制策略来计算所需的转子磁场和定子磁场的大小和方向，并通过逆变器将计算得到的转子磁场和定子磁场的电流发送给电机。