开关电源功率因数校正原理(好用)

开关电源的工作原理开关电源是一种将输入电压转换为稳定输出电压的电子设备，它在现代电子设备中得到了广泛的应用。

其工作原理主要包括输入电压的整流滤波、功率因数校正、直流-直流变换和输出电压稳压等几个方面。

首先，输入电压的整流滤波是开关电源工作原理的第一步。

当交流输入电压进入开关电源时，首先经过整流桥进行整流，将交流电转换为直流电。

然后通过滤波电容对直流电进行滤波处理，消除电压波动，使得输出电压更加稳定。

其次，功率因数校正是开关电源工作原理的重要环节。

由于电网中的电压和电流波形是正弦波，而开关电源需要直流电进行工作，因此需要对输入电压进行功率因数校正。

功率因数校正可以有效地提高电网利用率，减小对电网的污染，保护环境。

接着，直流-直流变换是开关电源工作原理的核心部分。

在整流滤波和功率因数校正之后，交流电已经转换为直流电，但是直流电的电压大小并不稳定，需要通过直流-直流变换进行调整。

开关电源通过开关管的开关控制，将输入电压转换为高频脉冲信号，然后通过变压器和整流电路将其转换为稳定的直流电。

最后，输出电压稳压是开关电源工作原理的最后一步。

在经过整流滤波、功率因数校正和直流-直流变换之后，输出电压依然可能存在一定的波动，因此需要进行输出电压稳压处理。

开关电源通过反馈控制电路对输出电压进行监测，一旦发现电压波动，就会通过控制开关管的开关频率和占空比来实现输出电压的稳定。

总的来说，开关电源的工作原理是一个复杂的过程，它通过整流滤波、功率因数校正、直流-直流变换和输出电压稳压等环节，将输入电压转换为稳定的输出电压，为现代电子设备的正常运行提供了可靠的电源支持。

功率因数校正摘要：提高功率因数是开关电源一个重要指标，由UC3854构成的控制电路有电路简单、成本低、功率密度高，在中小功率场合得到了广泛应用。

关键词：功率因数乘法器UC3854引言国际标准IEC555――2中关于谐波限制标准和电磁兼容（EMC 法规对传统采用的桥式整流和大电容量滤波电路从工频市电变换为直流电源的方法提出了限制。

这是因为该交流/直流变换方式不仅输出电压极不稳定，效率很低，负载功率被限制在2KW以下，而且更主要的是会导制交流输入电流波形出现严重畸变，功率因数在0.7以下。

随着绿色电子产品的发展，近年来功率因数校正(PFC)技术获得了广泛的应用。

象开关电源、电子镇流器和变频调速器等产品，采用PFC技术日益成为强制性的要求。

第一章有源功率因数校正技术1.1：有源功率因数校正电路组成有源功率因数校正APFC是抑制电流谐波，提高功率因数最有效的方法，其原理框图如图1所示。

交流输入电压经全波整流后，再经DC/DC变换，通过相应的控制使输入电流的平均值自动跟随全波整流电压基准，同时保持输出电压稳定。

APFC电路有两个反馈控制环：输入电流环使DC/DC变压器的输入电流与全波整流电压波形相同，输出电压环使DC/DC变换器的输出电压稳定。

1.2: 主电路的拓扑结构APFC的主电路拓扑结构采用DC/DC开关变换器。

其中升压式(BOOST)变换器由于电感连续、储能电感也作滤波器抑制RFI和EMI噪声、电流波形失真小、输出功率大及共源极使驱动电路简单等优点，常常作为主电路的拓扑形式。

第二章1800W 100KH PFC 电路设计(原理图见附图)2.1: 性能指标输入：AC220V±15% 50±2HZ输出功率：POUT=1800W输出电压：V OUT=400V开关频率：F S=100KH。

2．2: 主电路的设计1．电感的设计电感在PFC电路设计中相当重要，它决定了输入电流中高频纹波电流的多少。

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APFC 基本电路就是一种开关电源，但它与传统的开关电源的区别在于：DC/DC 变换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都受到实时的检测与监控，其控制的结果是达到全波整流器输入功率因数近似为 1 。

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。

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。

具体工作过程为：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。

采用boost升压式电路，并采用平均电流控制法（CCM）的原因: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。

平均电流控制法（CCM）：CCM 采用乘法器方法来实现APFC，其电路相对复杂，但工作频率固定，电感电流连续，开关管电流有效值小、EMI 滤波器体积小、输入电流波形失真小。

功率因数校正(PFC)的几点知识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。

大屏幕彩电开关电源的高频有源功率因数校正-技术方案摘要：讨论了功率因数问题及其校正的基本原理；分析了大屏幕彩电开关电源的功率因数；给出了校正电路的设计方案及试验结果。

1 前言提高功率因数（PF）是用电设备节能的一个重要因数。

随着电力电子技术的发展，高频有源功率因数校正（PFC）技术已越来越广泛地应用于各种电源。

大屏幕彩电开关电源的功率在200~ 300W 之间，原有彩电的开关电源均采用普通整流加滤波电路，其谐波电流成分大，功率因数值λ低，一般为0. 65~ 0. 85。

为了提高大屏幕彩电的节电性能，在设计中我们采用了高频有源PFC 技术，提高了PF 特性。

2 PF 问题及其校正的基本原理2. 1 PF 的概念用电设备的λ指交流输入有功功率P 和输入视在功率S的比值，即：可见，λ还可定义为失真因数与移相因数的乘积。

对开关电源来说，cos φ一般接近于1,即相移不大，而谐波电流严重，失真因数小。

2. 2 PF 低的危害性用电设备的PF 低，易造成以下危害：①谐波电流严重污染电网，而干扰其它用电设备；②输入电流有效值大，需增加电路和保护器件的规格；③供电容量增加，加大了前级设备（如变压器等）的定额；④大大增加了中线负荷，降低了安全性能。

2. 3 高频有源PFC的基本原理高频有源PFC 是根据电网的电压、电流及负载的变化产生PWM 信号，控制高频电子开关导通的，可起调节电感L 的作用。

改善电流波形，利用乘法器控制PWM 信号，可使电网的输入电流基本为正弦波，使λ接近于1（即大于0. 99）。

图1 示出PFC 的原理框图。

图1 高频有源PFC 电路框图3 大屏幕彩电开关电源的PF分析现有的大屏幕彩电内用开关电源一般采用全桥不可控整流电路直接加电解电容滤波电路。

图2 示出该电路形式。

R2 用以限制合闸电流，当输入滤波电解电容充满电后，K 闭合，R2 断接，电路的交流输入电压、电流波形见图3。

由图3 可见，只有当网侧电压幅值高于电解电容电压时，电流才从电网中抽出，因而电流谐波成分很大。

开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于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电容器用以调整其该用电器具的电压、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）。

用电容器并连在感性负载，利用其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来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（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而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V在对该用电器具供电时，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（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，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的波形畸变（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）。

功率因数校正原理及相关IC1概述近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。

这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。

在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。

作为限制标准，IEC发布了IEC1000 3 2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。

为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。

2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。

这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：I=(1) 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。

谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion)：THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。

脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。

它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如：——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等；——引起电话网噪音；——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭；——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。

功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。

没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。

设电容输入型电路的输入电压e为：e(t)=Em·sinω0t(3)图1电容输入型电路图2电容输入型电路的输入电流,5A/DIV图3输入电压波形发生畸变入电流i为：i(t)=Imk·sin(kω0t)(4)则有效功率Pac为：Pac=e(t)·i(t)dt=Em·Im1/2=E·I1而视在功率Pap为：Pap=E·I因此：PF=Pac/Pap=I1/I=(5)电流波形为图2的电源功率因数只有62.4％。

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第四章 APFC4.1 功率因素校正技术的由来由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路具有很多优点:应用广泛、价格低廉、可靠性高等，但是它产生的谐波对电网有着严重的污染，单项不可控整流电路存在以下几个主要的问题：（1）启动时冲击电流大；（2）正常工作时，由于二极管的导通角是<180°，会形成幅度很高的窄脉冲，总谐波失真THD通常超过100%，从而引起了电网电压波形的畸变。

（3）谐波带来的电路功率因数低，一般约为0.5~0.6，造成电路的效率低。

由整流电路可知，二极管整流滤波电路，因为二极管的导通角<180°，以及无源器件电感L、电容C导致的输入信号发生畸变，不但降低了系统的功率因数，效率大大减小，还造成噪声和对电网冲击等一系列的危害。

因此，为了减小AC/DC交流电路输入端谐波电流造成的噪声和谐波污染，保证电网高质量供电以及高可靠性；同时，通过相关技术达到电路节能的效果。

以上阐述都表明了研究提高电路功率因数重要性，因此提出了功率因数校正技术（PFC）的概念。

那如何提高功率因数？根据第三章整流电路的分析可知，功率因数λ=PS=cosφ=υ∙cosφ1主要由两个因素决定：基波因数和相位因数。

因此，通过提高基波因数υ=I1I和相位因数cosφ1是两个主要的途径：(1)使输入电压、输入电流同相位。

若输入电压与输出电压同相位，则相位因素cosφ1为1，功率因素λ增大；(2)使输入电流正弦化若输入电流正弦化，即电流频率保持固定，几乎不存在谐波分量，υ=I1I=1，功率因素λ增大。

满足以上两个条件，功率因素将接近为1，电路效率将非常高。

4.2 PFC的分类根据使用器件的不同，分为无源功率因数校正和有源功率因数校正。

根据有无整流桥，分为有桥PFC和无桥PFC。

无源PFC无源PFC一般采用电感补偿方法。

这种方式是使用由电感、电容等无源器件组合而成的谐振电路来降低谐波电流，以及减小交流输入的基波电流与电压之间相位差，从而提高功率因数。

PFC工作原理和控制方法功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）是一种电路技术，它的原理是利用电感元件和开关器件构成的开关电源，通过控制开关管的导通时间和断开时间，调节输入电源与负载之间的能量传递方式，使得输入电流与电压之间的相位关系接近于1（即电流和电压的波形相位角接近0度），以提高电源设备的效率和减小对电网的污染。

PFC的目标是解决传统开关电源存在的电能损耗大、功率因数低和对电网的干扰等问题。

传统开关电源是通过整流电路将交流电转换为直流电，然后利用滤波电路去除直流电中的脉动，最后通过开关器件将直流电转换为不同输出电压的电源。

但是，由于整流电路和滤波电路的存在，传统开关电源导致了较低的功率因数。

PFC的核心是利用电感元件和开关器件构成的开关电路，通过改变开关管的导通时间和断开时间来调整系统电压的大小和波形。

在电流和电压的波形相位角相近时，功率因数接近1，电能利用效率高。

具体来说，当输入电压为正弦波形时，系统使用脉宽调制技术（PWM）控制开关管的导通时间和断开时间，实现输出电压的调节。

控制器通过检测输入电流和输出电压的大小，根据预设的控制算法来调整开关管的导通时间和断开时间，进而控制输出电压和功率因数。

PFC的控制方法：1.辅助开关电容法：该方法使用电容和电感元件来实现功率因数校正。

电容和电感元件串联在负载和开关电源之间，形成一个谐振回路，通过谐振回路来改善电路的功率因数。

该方法简单、成本低，并且能够实现良好的功率因数校正效果，但是对于负载变化较大的情况，调节过程比较缓慢。

2.主动式功率因数校正法：该方法通过信号处理器控制器控制开关管的导通和断开时间，实现对输出电压和功率因数的调节。

控制器对输入电流和输出电压进行采样，得到电流和电压的实时数值，然后根据预设的控制算法调整开关管的导通时间和断开时间，使得功率因数接近13.整流器功率因数校正法：该方法在整流电路中加入补偿电路，通过补偿电路提前或滞后改变整流电流的波形，使得输入电流和电压的相位角接近于0度。

gan开关电源原理gan开关电源是一种常用的电源装置，广泛应用于电子设备中。

它通过电力转换的方式，将输入电源转换为输出电源，以满足电子设备的工作需求。

gan开关电源具有高效率、高频率、小体积等特点，因此被广泛应用于电子产品中。

gan开关电源的工作原理主要包括输入过滤、整流滤波、功率因数校正、变压器、gan开关器件、输出滤波等几个主要环节。

下面将逐一介绍这些环节的工作原理。

首先是输入过滤环节。

gan开关电源的输入端一般接受交流电源，为了保证稳定的工作电压，需要对输入电源进行过滤。

输入过滤主要通过电容、电感等元件对输入电压进行滤波处理，降低输入电压中的噪声和纹波。

接下来是整流滤波环节。

gan开关电源一般采用整流器将交流电转换为直流电。

整流器主要由二极管组成，它能够将交流电转换为单向的直流电。

为了进一步提高输出电压的稳定性，还需要对整流后的直流电进行滤波处理，通常通过电容器对直流电进行滤波，使输出电压更加稳定。

功率因数校正是gan开关电源的一个重要环节。

传统的开关电源的功率因数较低，容易产生谐波污染。

为了提高功率因数，减小电网对gan开关电源的影响，通常采用功率因数校正技术。

功率因数校正主要通过控制电流的相位来实现，使电流与电压之间的相位差尽可能接近零，从而达到提高功率因数的目的。

变压器是gan开关电源中的一个重要元件。

它主要用于将输入电压变换为需要的输出电压。

变压器通过绕组的匝数比例来实现电压的变换。

同时，变压器还能够实现电压的隔离，提高安全性。

gan开关器件是gan开关电源中的核心部件。

gan开关器件采用氮化镓材料制成，具有快速开关速度、低开关损耗等特点。

gan开关器件通过控制开关管的导通和截止状态来实现电源输入与输出的控制。

最后是输出滤波环节。

输出滤波主要通过电容器对输出电压进行滤波处理，使输出电压更加稳定。

同时，输出滤波还能够减小输出电压中的纹波和噪声，提高输出电压的质量。

gan开关电源通过输入过滤、整流滤波、功率因数校正、变压器、gan开关器件、输出滤波等环节的协同工作，将输入电源转换为稳定的输出电源。