常用有源功率因数校正电路分类及工作原理分析

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COS Φ。

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。

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。

有源功率因数校正的分类一、引言有源功率因数校正是一种电力质量控制技术，它可以通过控制电网中的电流和电压来实现功率因数的校正。

在现代工业生产中，有源功率因数校正已经成为了一项重要的技术手段。

本文将介绍有源功率因数校正的分类。

二、静态有源功率因数校正静态有源功率因数校正是通过使用静态电子元器件来实现的。

其主要原理是利用晶闸管等器件对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。

静态有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定等优点，但是其缺点也很明显，即成本较高。

三、动态有源功率因数校正动态有源功率因数校正则是通过使用交流电机等动力设备来实现的。

其主要原理是利用交流电机等设备对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。

动态有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定等优点，并且成本相对较低。

四、混合型有源功率因数校正混合型有源功率因数校正是将静态有源功率因数校正和动态有源功率因数校正相结合的一种方式。

其主要原理是在电网中同时使用静态电子元器件和交流电机等设备，从而达到调整功率因数的目的。

混合型有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定、成本相对较低等优点，但是其实现难度也相对较大。

五、无刷直流电机型有源功率因数校正无刷直流电机型有源功率因数校正是一种新兴的技术手段。

其主要原理是利用无刷直流电机对电网中的电流进行调节，从而达到调整功率因数的目的。

无刷直流电机型有源功率因数校正具有响应速度快、效果稳定、成本相对较低等优点，并且能够实现高效能转换。

六、总结本文介绍了几种常见的有源功率因数校正分类方法，包括静态有源功率因数校正、动态有源功率因数校正、混合型有源功率因数校正和无刷直流电机型有源功率因数校正。

每种方法都有其特点和适用范围，需要根据具体情况选择合适的方法进行应用。

有源功率因数校正电路（APFC）
2. 功率因数
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
设基波电流i1落后Vi，相位差为α，如下图所示。
Vi 、Ii 波形
有源功率因数校正电路（APFC） AC-DC电路输入功率因数与谐波的关系： 定义总谐波畸变（THD）：
I 2 2 I 2 3 I 2 4 .... I 2 n THD 100% I1
由此可见，大量应
用整流电路，要求电网 供给严重畸变的非正弦 电流，造成严重的后果， 谐波电流对电网有危害 作用，并且输入端功率 因数下降。
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
谐波电流对电网的危害 脉冲状的输入电流，含 有大量谐波。右图给出了输 入电流波形及电流谐波频谱 分析，其中电流的三次谐波 分量达77.5%，五次谐波分 量达50.3%，……总的谐波 分量（或称总谐波失真Total Harmonic Distortion，用 THD表示）为95.6%，输入 端功率因数仅有0.683，非常 的低。
输入电流波形及其谐波分量频谱分析
有源功率因数校正电路（APFC）
I 2 2 I 2 3 I 2 4 .... I 2 n THD 100% I1
对AC-DC电路输入端谐波电流的限制 为了减小AC-DC交流电路输入端谐波电流造成的噪 声和对电网产生的谐波“污染”，以保证电网供电质量， 提高电网的可靠性；同时也为了提高输入端功率因数， 已达到节能的效果；必须限制AC-DC电路的输入端谐 波电流分量。
有源功率因数校正电路（APFC）
有源功率因数校正电路（APFC）
1. 平均电流模式 2. 峰值电流模式

电压模式控制方法： 电压模式控制方法：
而电压模式是与振荡电路产生的固定三角波状电压 斜波比较， 斜波比较，
电流模式控制是一种固定时钟开启、 电流模式控制是一种固定时钟开启、峰 值电流关断的控制方法。 值电流关断的控制方法。
（峰值）电流模式控制不是用电压误差 峰值） 信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接 脉冲宽度，而是直接 信号直接控制 脉冲宽度 控制峰值输出侧的电感电流大小 峰值输出侧的电感电流大小， 控制峰值输出侧的电感电流大小，然后 间接地控制PWM脉冲宽度。 脉冲宽度。 间接地控制 脉冲宽度
将 乘 法 器 的 输 出 作 为 电 流 环 的 给 定 信 号 I s∗， 才 能 保 证 被 控 制 的 电 感 电 流 iL 与 电 压 波 形 ud 一 致 。 I s∗的 幅 值 与 输 出 电 压 u C同 给 定 电
∗ 压 U c 的 差 值 有 关 ， 也 与 ud的 幅 值 有 关 。 L1中 的 电 流 检 测 信 号 i F
中的电流有连续和断续两种工作模式， 由于升压电感L1中的电流有连续和断续两种工作模式，因此 可以得到电流环中的PWM信号即开关V 可以得到电流环中的PWM信号即开关V的驱动信号有两种产生 PWM信号即开关 方式： 方式： 一种是电感电流临界连续的控制方式（ 一种是电感电流临界连续的控制方式（峰值电流控制方式）； 另一种是电感电流连续的控制方式（平均值控制方式） 。 ）
6.1.3 有源功率因数校正的电路结构
(a) 双级式
(b) 单级式
图6-5 有源功率因数校正的电路结构
L1 ii ui EMI 滤滤滤 ＋ ud － iF
电流给定
VD Uo V C uC
C1
PWM 形形形形
采采 滤滤

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。

基础科普有源功率因数校正技术该怎么分类有源PFC技术是目前常见的功率因数校正技术，在很多电路系统的设计过程中都得到了充分的应用。

目前业内通常按照PFC技术的应用方向和电路拓扑形式对其进行分类，除此之外，还有一些别的分类方法，也同样可以对PFC技术进行分类。

今天主要针对PFC相关技术的分类为大家提供一些基础性的讲解，下面就让我们一起来看看吧。

 在多数情况下，在开关电源中通常会对PFC电路按照拓扑结果进行分类，目前常见的有源功率因数校正变换电路有升压Boost、降压Buck、升降压和回扫四种类型，其中尤其以升压型的PFC电路结构最为流行。

在应用过程中，它的优点有很多。

第一，这种升压型的PFC电路能有效地抑制输入电源电流的谐波失真，完全可以达到甚至低于谐波电流畸变指标要求。

其次，升压型的PFC电路能将系统功率因数提高到几乎等于1的水平，完全能够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，而输出电压可得到稳定的直流电压，能够延长使用寿命。

 以上几种便是几个比较主要的有源PFC技术的分类，而在这些分类当中，我们要把握好有关于他们之间的区别与不同，这样才能够针对具体情况，进行实际操作当中的具体分析。

除了上面提及的按拓扑分类的方法外，有源PFC技术还可以采用其他的方法进行分类。

从变换电路的工作频率分为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、平均电流控制和滞环电流控制三种；按电感扼流圈有无存储电流分，有连续传导模式，即CCM模式和不连续传导模式（DCM）两种，前者用于输出功率较大的场合，。

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 的工作原理
功率因数定义：
（1）交流电源输入有功功率与其视在功率之比。
电力电子中常用
，
PF

P S
有功功率 视在功率
（2）若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入中 的基波电流形成有功功率。由于功率传输只在基波频 率上发生，开关变换器的输入整流电路中含有大量不 能传递功率的高次谐波。在真正意义上，电源输入端 存在的是电流的谐波失真，通常可以用近似的功率因 数来代替。总谐波失真THD -Total Harmonic Distortion
BOOST电路的工作模式
从CCM到CRM和DCM 的电流变化波形
BOOST电路拓扑
电流连续模式（CCM）
BOOST电路拓扑
BOOST电路拓扑
1）当开关管导通,电源Ui对电感L充电储能, 同时电容C对负载R放电，二极管承受反 向电压。
2）当开关管S关断时,由于电感L中的电流 不能突变,将继续有电流流过,电感L上的 感应电势UL与输入电压Ui 串联通过二极 管D对输出电容C充电.
BOOST电感的设计步骤
1）基于已知参数先求出周期：
T
1 f
2）最大的占空比的计算： 3）设定初始的纹波电流： 4）确定电感量：
Duty
1
Vinmin Vo
ILP
2 2 Po Vinmin Eff
DeltaI= 0.1*I.pk
Lmin
Vimin 2Ton DeltaI
BOOST电感的设计步骤
4
功率因数的提高可节省发电，传输的功率，与电源效率是两个概念,反而 增加电源成本，降低效率
PFC 的工作原理
电压电流波形
ii
ui ii ii ui

有源功率因数校正电路的研究和应用摘要：本文将全面介绍有源功率因数校正电路的研究与应用。

首先，我们将阐述什么是功率因数及其重要性。

然后，介绍有源功率因数校正电路的原理和工作方式。

接着，我们将详细探讨该电路在工业和家庭领域的应用。

最后，我们将讨论该技术的未来发展趋势和面临的挑战。

一、引言1.1背景介绍1.2研究目的和意义1.3文章结构二、功率因数的概念及意义2.1功率因数的定义2.2功率因数的重要性2.3功率因数改善的方法三、有源功率因数校正电路的原理和工作方式3.1有源功率因数校正电路的基本原理3.2有源功率因数校正电路的拓扑结构3.3有源功率因数校正电路的工作过程3.4有源功率因数校正电路的参数设计四、有源功率因数校正电路的工业应用4.1电力系统的功率因数校正4.2高效变频器的应用4.3电动机的功率因数校正五、有源功率因数校正电路的家庭应用5.1家用电器的功率因数校正5.2分布式发电系统的应用5.3太阳能发电系统的应用六、有源功率因数校正电路的未来发展趋势6.1基于无线通信技术的控制策略6.2智能电网中的应用6.3电动车充电桩的功率因数校正七、挑战与展望7.1技术挑战和限制7.2电力市场变革对有源功率因数校正的影响7.3未来研究方向八、结论本文将从不同角度全面论述有源功率因数校正电路的研究与应用，介绍功率因数的重要性和改善方法，深入解析有源功率因数校正电路的原理和工作方式，并探究其在工业和家庭领域的应用。

此外，本文还对有源功率因数校正电路的未来发展趋势和面临的挑战进行展望，以期为相关领域的研究人员和工程师提供有价值的参考。

常用有源功率因数校正电路分类及工作原理分析
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，下面对这几种电路的工作原理分别加以介绍。

1.升压型PFC 电路
升压型PFC 主电路如
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。

2.降压型PFC 电路
降压型PFC 电路如
（1）这种电路的主要优点是：开关管所受的最大电压为输人电压的最
大值，因此开关管的电压应力较小；当后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护。

（2）该电路的主要缺点是：由于只有在输人电压高于输出电压时，该
电路才能工作，所以在每个正弦周期中，该电路有一段因输人电压低而不能正常工作，输出电压较低，在相同功率等级时，后级DC／DC 变换器电流应力较大；开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动较复杂，加之输人电流断续，。

置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小 于１８００，从而产生大量谐波电流．而谐波电流不 做功，只有基波电流做功，因此功率因数很低．
个电流控制环，它是一个２型控制系统．按照控制
理论，２型系统可以无差地跟踪斜坡信号，由于正 弦波信号变化比斜坡信号慢，所以２型系统也可 以无差地跟踪正弦波信号． 电流控制环的作用是使输入电流无差地跟踪 输入电压的波形，让输人电流与输人电压具有同 相的正弦波波形，以达到功率因数校正的目的．双
即有源功率因数校正电路工作原理有源功率因数校正电路流器和负载之间接入一个开关变换器应用电压电流反馈技术使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形从而使输入电流的波形也接近正弦波以达到提高功率因数的目的由于在此电路中使用了有源器件所以称为有源功率因数校正电路该电路的基本思想是交流输入电压经全波整流后对所得的全波整流电压进行变换通过适当控制使输入电流波形自动跟随全波整流后的电压波形达到输入电流的正弦化同时保持输出电压稳定是在整有源功率因数校正电路一般都是一个双闭环控制系统外环是一个电压控制环它是一个型控制系统按照控制理论型系统可以无差地跟踪阶跃信号只要输入一个不变的参考电压就可以得到一个稳定不变的输出电压电压控制环的作用是使输出保持一个高于输入电压最高峰值的稳定电压这是功率因数校正所必需的内环是一个电流控制环它是一个型控制系统按照控制理论型系统可以无差地跟踪斜坡信号由于正弦波信号变化比斜坡信号慢所以型系统也可以无差地跟踪正弦波信号电流控制环的作用是使输入电流无差地跟踪输入电压的波形让输入电流与输入电压具有同相的正弦波波形以达到功率因数校正的目的双上海电力学院学报年闭环控制的效果是使输入电流与输入电压呈同相的正弦波输出一个高于输入电压最大峰值的稳定直流电压这个稳定的直流为后级变换电路提供直流能量有源功率因数校正原理如图所示图有源功率因数校正原理图中主电路采用变换电路外环是一个电压误差放大器和一个模拟乘法器内环是驱动电路和电流比较器调节器采用电压电流双闭环控制方式电流反馈网络的取样信号是升压变换器的电感电流电压反馈网络的取样信号是调节器的输出电压该电路的工作原理如下单相交流电经过整流后得到单相双半波正弦电压信号此电压波形作为功率因数校正控制器的输入电流的参考波形输入到模拟乘法器为了保证输出电压恒定将输出电压通过电压反馈网络也引入乘法器经过乘法器运算后其结果作为电流波形的参考值并与实际取样的电流值进行比较然后通过驱动电路产生的驱动信号控制变换器的输出电流和电压由于采用了闭环控制将变换器的实际电流通过反馈网络引入电流比较器从而保证了变换器的电流能够准确跟踪乘法运算所规定的电流值有源功率因数校正方法分类根据有源功率因数校正拓扑分类有源功率因数校正电路按照其校正拓扑可分为降压式升降压式反激式和升压式其中降压式因噪音大滤波难以及功率开关管上电压应力大控制驱动电平浮动而极少被采用升降压式需要有一个功率开关管的驱动控制信号浮动电路复杂因而也

有源功率因数校正PFC电路主要有升压型、降压型、升压－－降压型和回扫型等基本电路形式，其中升压型有源PFC电路在一定输出功率下可减小输出电流，减小输出滤波电容的容值和体积，故在电子镇流器中广泛应用。

升压型有源PFC电路在控制方法上，有电感电流断续传导模式和峰值电流控制模式。

其电路原理图如图2所示。

电路工作原理如下：Q1导通时，D5截止，电容C1向负载放电；Q1截止，电感L1储能经D5对电容C1充电。

由于Q1和D5交替导通，使整流器输出电流经电感L1连续。

这样输入电流也连续。

图中，R1取样输入电压，保证通过电感L1的电流跟随输入电压按正弦规律变化，通过L1的高频电流包络正比于输入电压，其平均电流呈正弦波形，使输入电流呈正弦波；R2取样输出电压，控制APFC控制器的输出占空比，稳定输出电压。

目前，APFC专用芯片很多，在电子镇流器中应用广泛，具体电路不做详细介绍，可参阅参考文献。

4 利用自振荡半桥PWM驱动器设计的APFC电路在某些自振荡半桥PWM驱动器电路中，可以利用PWM驱动器输出固定频率的脉冲来作APFC控制，这里介绍两种典型电路。

4．1利用自振荡输出波形控制的APFC电路电路原理图如图3所示。

升压电感L1、二极管D5、电容C2和开关管Q3等组成APFC电路。

由于PWM驱动器U1输出脉冲的频率和占空比都是固定的，Q3导通时，D5截止，C2向负载放电；Q3截止时，电感L1产生的突变电势使D5正向偏置而导通，电感L1通过D5向C2和负载释放储能，此时整流二极管电流经电感L1连续，使输入电流波形连续，呈正弦波形，可将线路功率因数提高到0．95以上，使输入电流总谐波失真度（THD）降低到10％以下。

4．2 利用自振荡PWM驱动器的定时电路图3利用自振荡PWM驱动器输出波形控制的APFC原理电路图图4利用自振荡PWM驱动器的定时器设计的APFC原理电路图和波形图设计的APFC电路自振荡半桥PWM驱动器的振荡器是一个类似555的定时振荡器，CT端为锯齿波，可以用一电路产生同频、占空比可调的APFC电路。

收稿日期:20020719有源功率因数校正技术原理及应用APFC Technology Pr i nc iple and Appl ica tion朱方明ZHU Fangm ing余建刚YU J iangang (总参通信部驻宝鸡地区军代室　宝鸡　721006) (总参三部12局　上海　200072) (General Staff Signal m an m inistry Bao ji D elegate Secti on,Bao ji,721006,Ch ina)(General Staff12th bureau3rd m inistry,Shanghai,200072,Ch ina)摘　要:介绍功率因数校正定义、原理及A PFC控制方法,并进行实例分析。

关键词:PFC;A PFC;U C3854 目前国际上推行的IEC555-2,EN60555-2, IEEE-159等标准对电子生产厂家入网电气设备的电流谐波值进行了限制,因此,采用功率因素校准方法来实现“绿色能源”革命已势在必行。

本文将简要介绍有关功率因数的概念及应用实例。

1　谐波电流对电网的危害脉冲状的输入电流,含有大量谐波,一方面使谐波噪声水平提高,同时在A C-DC整流电路的输入端必需增加滤波器,既贵,体积、重量又庞大、笨重。

而且大量电流谐波分量倒流入电网,还会造成对电网的谐波“污染”。

一方面产生“二次效应”,即电流流过线路阻抗造成谐波电压降,反过来使电网电压(原来是正弦波)也发生畸变;另一方面,会造成电路故障,使变电设备损坏。

例如线路和配电变压器过热;谐波电流会引起电网L C谐振,或高次谐波电流流过电网的高压电容,使之过流、过热而爆炸;在三相电路中,中线流过三相三次谐波电流的叠加,使中线过流而损坏等等。

所以对电子设备进行功率因素校正已成必然趋势。

2　功率因数的定义及校正原理功率因数P F(Pow er Facto r)的定义是指:交流输入有功功率与输入视在功率之比值,其表达式为: P F=P实 P视=P (V RM S×I RM S)=V R×I1co sΩ (V R×I R)=I1co sΩ I R=Χco sΩ式中,V R是电网电压有效值,I R是电网电流有效值,I1是基波电流有效值,Χ=I1 I R是电网电流交流失真因数(又称基波因数),co sΩ是基波电压和基波电流的相移因数。

有源功率因数校正技术简介摘要：随着电力电子装置的使用，电网中的谐波含量越来越多，功率因数校正技术在近些年来成为研究热点，可分为有源功率校正和无源功率校正。

其中，有源功率校正装置具有体积小、效率高等优点，本文对有源功率校正技术在buck、boost、buck-boost、flyback以及软开关等电路拓扑中的应用做了简单的介绍。

关键词：有源功率因数校正、buck、boost、buck-boost、软开关1引言近20年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。

电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中产生大量电流谐波和无功污染了电网，成为电力公害。

电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。

20世纪90年代以来，世界上许多国家和国际组织都对电力电子产品的功率因数及谐波成分作了限制。

为了使电力电子产品的功率因数及谐波成分满足上述的规定和标准，可在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，使输入电流为正弦波，从而提高功率因数，这就是有源功率因数校正技术。

有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，简称APFC）技术由于变换器工作在高频开关状态，而具有体积小、重量轻、效率较高、输人电压范围宽、THD小和功率因数高等优点，因此在现代电力电子技术中得到了广泛的应用。

2 有源功率因数校正的基本原理APFC又称为有源开关型补偿法，现今得到推广的APFC是DC/DC变换型电流整形方法，由于其主体为高频DC/DC变换器，所以也称为高频APFC。

高频APFC的基本思想是：将输入交流电压进行全波整流，然后对全波直流电压进行DC/DC变换，通过适当控制，使输入电流平均值自动跟踪全波直流电压的基准，且保持输出电压稳定，从而实现恒压输出和单位功率因数。

图1有源功率因数校正原理框图图1为这种电路的原理框图，其中，整流器为单相桥式不可控整流器，主电路采用DC/DC 变换电路，控制电路内部包含有一个电压误差放大器、一个电流误差放大器、一个模拟乘法器和一个固定频率的PWM控制器。

采用uc3854的有源功率因数校正电路工作原理与应用
UC3854是一款可编程高效能电源因数校正控制器，是由德州仪器公司(Texas Instruments，TI)生产的一款专业电源管理IC。

它是一种高效、可靠、智能化的功率因数校正控制器，常用于交流电源的功率因数校正应用中，可实现高精度的电源因数校正，并且具有较高的应用灵活性和可靠性。

UC3854采用的是有源功率因数校正技术，即通过对输入电流调节来控制输出电流的大小，从而达到功率因数校正的目的。

有源功率因数校正电路主要由电源电路、控制电路、采样电路和校正电路等部分组成。

其中，电源电路提供了稳定的工作电压和电流，控制电路通过控制开关管的导通和截止，实现对输出电流的控制。

采样电路采集输入电压和电流的信息，并将其转化为数字信号，校正电路根据采集到的信号，控制开关管的导通和截止，实现功率因数的校正。

UC3854的应用场景非常广泛，主要应用于交流电源的功率因数校正。

它可以实现交流电源的输入电压和电流的采样和测量，计算出功率因数的值，然后对输出电流进行调节，从而实现功率因数的校正。

同时，该芯片还具有多种保护功能，如过电流保护、过电压保护、过温保护等，能够保证电路的可靠性和安全性。

总之，UC3854是一款功能强大、性能稳定、可靠性高的有源功率因数校正控制器，对于交流电源的功率因数校正具有重要的作用。

它的应用广泛，可以满足不同场合和需求的功率因数校正要求，是一款非常优秀的电源管理IC。

自己总结有源功率因数校正A P F C-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII有源功率因数校正一、功率因数的定义功率因数PF 定义为：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。

PF ＝S P ＝R L L I U I U φcos 1=RI I 1cos φ= γcos φ （1） 式中：γ：基波因数，即基波电流有效值I 1与电网电流有效值I R 之比。

I R ：电网电流有效值I 1：基波电流有效值U L ：电网电压有效值cos Φ：基波电流与基波电压的位移因数在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值I R 与基波电流有效值I 1相等，基波因数γ=1，所以PF ＝γ·cos Φ＝1·cos Φ＝cos Φ。

当线性电路且为纯电阻性负载时，PF ＝γ·cos Φ＝1·1＝1。

二、有源功率因数校正技术1．有源功率因数校正分类（1）按电路结构分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式（boost ）。

其中升压式为简单电流型控制，PF 值高，总谐波失真（THD ：Total Harmonic Distortion ）小，效率高，适用于75W~2000W 功率范围的应用场合，应用最为广泛。

它具有以下优点：● 电路中的电感L 适用于电流型控制● 由于升压型APFC 的预调整作用在输出电容器C 上保持高电压，所以电容器C 体积小、储能大● 在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数●输入电流连续，并且在APFC开关瞬间输入电流小，易于EMI滤波●升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性（2）按输入电流的控制原理分为：平均电流型（工作频率固定，输入电流连续）、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型。

图1 输入电流波形图其中平均电流型的主要有点如下：●恒频控制●工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。