单级功率因数校正技术

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。

一种消除LED频闪的去纹波电路作者：李艳江龚新军来源：《科技创新与应用》2016年第26期摘要：文章基于单级有源PFC（功率因数校正技术）的LED驱动电源，采用JW1220芯片，设计一种去纹波电路，它能有效降低输出直流电流上的交流成分，以解决目前单级PFC 驱动电源频闪的问题。

经过对比，此方案能消除LED灯的频闪问题，为LED照明系统推广应用起到了推动作用。

关键词：单级；LED驱动电源；功率因数校正；频闪引言文章基于单级有源功率因数校正的LED驱动电源，根据频闪的定义、波动深度的表达式，采用JW1220芯片设计相应的去纹波电路，达到无频闪的效果。

1 频闪和波动深度1.1 频闪定义频闪就是指开关周期内光的不断波动。

开关周期就是闪烁频率，根据不可察觉的闪烁频率和波动深度函数关系，即波动深度随驱动电流频率的函数关系，加利福尼亚的Jim Benya研究发现：输出电流的开关周期应该大于2kHz，这样人的眼睛才不会产生“视觉暂留”现象。

1.2 波动深度的定义波动深度的表达式也称迈克尔逊对比公式，即为最大和最小亮度之差除以最大和最小亮度之和。

图1是波动关系示意图，由图可知，波动深度（闪烁百分数）的表达式为：由正向电流与光强关系可以知道两者基本上成正比关系，由于光通量和光强也成正比关系，因此我们可认为电流和光通量成正比关系。

则波动深度也可表示为：式中，Imax-输出电流的最大值（mA）；Imin-输出电流的最小值（mA）。

输出电流的最大值和最小值都是指LED驱动电源输出直流上的交流成分的最大值和最小值。

从上述可知，在对人无影响的前提下，随着闪烁频率越来越大，波动深度的值越来越高，实验表明，频闪波动深度小于5%的光源发出的光，对人的眼睛不会造成疲劳。

2 方法和结果为了解决电流纹波较大的问题，通常会接入较大容量的电解电容，但是电解电容的寿命严重制约着LED寿命，因此许多研究无电解电容的LED驱动驱动电源。

但是由于没有电解电容，驱动电流中含有两倍工频的交流成分，在50Hz市电下LED存在100Hz的频闪。

反激式功率因数校正电路的电磁兼容设计杨益平(浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）摘要：通过反激式功率因数校正电路说明了单级功率因数校正电路中的电磁兼容问题，分析了单级功率因数校正电路中骚扰的产生机理，给出了电磁兼容的设计，最后提出了其他几种减少电磁干扰的方法。

关键词：电磁干扰；电磁兼容；功率因数校正0 引言电磁兼容（EMC）是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

随着电子产品越来越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI电路，而使得这些装置比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁。

而与此同时，大功率家电及办公自动化设备的增多，以及移动通信、无线寻呼的广泛应用等，又大大增加了电磁骚扰源。

这些变化迫使人们把电磁兼容作为重要的技术问题加以关注。

特别是欧共体将产品的电磁兼容性要求纳入技术法规，强制执行89/336/EEC指令，即规定从1996年1月1日起电气和电子产品都必须符合EMC要求，并加贴CE标志后才能在欧共体市场上销售以来，促使了各国政府从国际贸易的角度，高度重视电磁兼容技术。

开关电源具有体积小、重量轻、效率高的优点，且市场上已有开关电源集成控制模块，这使电源设计、调试简化了许多，所以，在大多数的电子设备（如计算机、电视机及各种控制系统）中得到了广泛的应用。

然而，开关电源自身产生的各种噪声却使其成了一个很强的电磁骚扰源。

这些骚扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强，对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。

因此，只有提高开关电源的电磁兼容性，才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合被采用。

电磁兼容包括两个方面的含义。

（1）电子设备或系统内部的各个部件和子系统、一个系统内部的各台设备乃至相邻几个系统，在它们自己所产生的电磁环境及在他们所处的外界电磁环境中，能按原设计要求正常运行。

换句话说，它们应具有一定的电磁敏感度，以保证它们对电磁干扰具有一定的抗扰度(Immunity of a Disturbance)。

单级APFC芯片的设计近年来，随着电子设备的普及和发展，对于电力质量的要求越来越高。

而在各类电子设备中，交流直流电源因其高效、稳定的特点而被广泛应用。

然而，交流直流电源中存在着功率因数低、谐波污染等问题，这对电网造成了一定的负面影响。

为解决这些问题，单级有源功率因数校正（APFC）芯片应运而生。

单级APFC芯片是一种通过控制电流波形来优化功率因数的电子器件。

它通常由功率因数校正控制器、电流检测电路和功率开关器件等组成。

其主要工作原理是通过监测电源输入的电流，并通过控制器对功率开关器件进行调控，以实现电源输入电流与电压同相，并达到近似于单位功率因数的目标。

设计单级APFC芯片需要考虑多个因素。

首先，需要选择合适的功率因数校正控制器。

常用的控制器有基于模拟控制的PFC 和基于数字信号处理器（DSP）的数字控制器。

其次，需要设计电流检测电路，用于实时监测输入电流，并通过反馈信号给控制器。

此外，还需要选择合适的功率开关器件，以实现高效的功率因数校正。

在设计过程中，还需考虑芯片的可靠性和稳定性。

为此，可以采用适当的保护电路，如过流保护、过压保护等，以确保芯片正常工作并延长其使用寿命。

同时，还需进行严格的测试和验证，确保设计的单级APFC芯片能够满足设计要求，并具备良好的性能和可靠性。

单级APFC芯片的设计具有重要的研究意义和实际应用价值。

它可以提高电源系统的功率因数，减少电网对谐波污染的敏感性，提高电力利用效率。

同时，它还可以降低电源系统的体积和成本，提高整个系统的稳定性和可靠性。

因此，随着技术的进步和需求的增加，单级APFC芯片的设计将会得到更广泛的应用。

综上所述，单级APFC芯片的设计是一项具有挑战性和实用价值的工作。

通过合理选择控制器、设计检测电路和选择适当的功率开关器件，可以设计出性能优良、稳定可靠的单级APFC芯片，从而满足电源系统对功率因数的要求，提高电力质量。

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。

单级PFC电路介绍电源因数是指输入电流与输入电压的相位差之间的余弦值，其范围介于-1到1之间。

传统的非纠正型电源状况下，输入电流与输入电压之间的相位差会非常大，这样会导致电源因数较低，对电网产生较大的电流谐波，从而影响其他电器设备的正常工作。

单级PFC电路通过纠正输入电流与输入电压之间的相位差，来改善电源因数。

其基本原理是利用一个半桥电路，将输入电压分成两个互补的半周期信号，然后通过一个LC滤波器对其进行滤波。

滤波后的信号将作为开关管的控制信号，来完成功率因数的纠正。

下面是单级PFC电路的基本结构：1.输入级：单级PFC电路的输入级通常由一个整流桥和一个电容滤波器组成。

整流桥将输入的交流电压转换为直流电压，并经过电容滤波器以减小电压的纹波。

2.控制级：控制级通常由一个控制回路和一个功率开关组成。

控制回路通过监测输入电压和输入电流之间的相位差，来调节功率开关的导通角度。

控制回路通常使用PWM（脉宽调制）技术，通过调整开关管的导通时间来保持输入电流与输入电压之间的相位差接近零。

3.输出级：输出级通常由一个输出滤波器和一个直流电压稳压器组成。

输出滤波器用于减小输出电压的纹波，直流电压稳压器用于保持输出电压的稳定性。

1.改善电源因数：通过纠正输入电流与输入电压之间的相位差，单级PFC电路能够使电源因数接近1，有效地减小对电网的谐波干扰，提高系统的效率和可靠性。

2.降低能耗：当电源因数接近1时，电网上的功率因数校正装置不需要消耗额外的能量来纠正功率因数，从而降低了整个系统的能耗。

3.提高设备的寿命：电源因数的改善可以减小电网上的谐波干扰，降低电器设备的故障率，提高设备的寿命。

4.符合国际标准：很多国家和地区都对电源因数有相关的法规和标准要求。

通过使用单级PFC电路，可以满足这些法规和标准，确保产品的合法销售和使用。

1.成本：与传统的非纠正型电源相比，单级PFC电路的成本更高，主要是因为该电路需要额外的控制电路和滤波电路来实现功率因数的纠正。

基于箝位电路的新型单级PFC技术王大庆;贲洪奇;孟涛;鲁志本【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2010(030)005【摘要】单级桥式功率因数校正变换器由于变压器存在漏感,在电路换流过程中产生较大尖峰电压,增加了开关管的电压应力,降低了系统可靠性.提出一种基于箝位技术的新型单级桥式功率因数校正变换器,利用一级电路同时实现功率因数校正与DC/DC变换;通过在所提出变换器中设置箝位电路,吸收了尖峰电压,解决了开关管电压应力过高的问题,并分析了实现功率因数校正、抑制电压尖峰的原理;针对电路结构以及功率因数校正电路的特点,分析了所提出变换器中高频变压器的偏磁产生机理,并给出了相应的抑制措施.通过对实验系统的测试与分析,表明所提出的变换器具有较高的功率因数和转换效率,并验证了理论分析的正确性.【总页数】5页(P53-57)【作者】王大庆;贲洪奇;孟涛;鲁志本【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.新型有源箝位ZVS单级PFC变换器 [J], 刘青移;王大庆;贲洪奇2.一种基于三电平的单级PFC电路设计 [J], 于乐3.基于对偶变换的新型单级PFC变换器研究 [J], 瞿成明;江明;张春;薛增喜4.基于双路恒流输出单级Cuk PFC变换器的LED驱动电路 [J], 阎铁生;陶权保;胡啸天;周国华;曹太强;王军5.基于单周控制的新型交错并联双管正激单级PFC [J], 张佳佳;王贺;武春爱;孟宪罗;蒋涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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；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率变换电路，使功率因数接近1。

有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，体积小、重量轻，比无源功率因数校正电路效率高。

本文主要讨论有源功率因数校正方法。

3 有源功率因数校正方法分类3.l 按有源功率因数校正拓扑分类3.1.1 降压式因噪声大，滤波困难，功率开关管上电压应力大，控制驱动电平浮动，很少被采用。

3．1．2 升／降压式须用二个功率开关管，有一个功率开关管的驱动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。

3.1.3 反激式输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采用简单电压型控制，适用于150W以下功率的应用场合。

典型电路如图2所示。

3.1.4 升压式（Boost）简单电流型控制，户F值高，总谐波失真（THD）(C4436)小，效率高，但是输出电压高于输入电压。

基于三电平的单级PFC电路设计与仿真
目前，带有功率因数校正功能的开关变换器通常分为两级结构和单级结构两种。

两级结构电路具有良好的性能，但是元器件个数较多，与没有PFC 功能的电路相比成本会增加。

而单级PFC变换器中PFC级和DC／DC级共用开关管，只有一套控制电路，同时可实现对输入电流的整形和对输出电压的调节。

但是，单级PFC电路上实际存在着一个非常严重的问题：即当负载变轻、达到临界连续状态时，多余的输入能量将对中间储能电容充电。

这一过程会使中间储能电容两端的电压达到一个很高的值。

这样，在电路中，对于90-265 V的交流电网，该电压会达到甚至超过1000 V。

就目前的电容技术和功率器件技术而言，这幺高的电压都是不实际的。

因此，降低母线电容电压、适应宽电压输入场合和负载变化，已经成为单级功率因数校正技术的热点。

 本文研究了适用于大功率单相单级变换器的电路拓扑及其控制方式，提出了单级功率因数校正AC／DC变换器的设计方案。

该PFC变换器基于一种三电平LCC谐振变换器拓扑，整个变换器由boost功率因数调节器和三电平谐振变换器组成，多电平谐振变换器可把开关管关断时的压降限制在二分之一直流母线电压。

同时，该变换器在宽负载变化范围内，还能够稳定地调节输出电压，并获得稳定的直流母线电压。

其变换器的控制方式由两个控制环路实现，其中输出电压通过控制直流变换器的开关频率来调节；直流母线电压则通过控制boost调节器的占空比来调节。

 1 电路拓扑及工作原理
 本文给出的三电平单级PFC的电路拓扑如图1所示。

图中，变换器输入boost电感同下方一对开关管直接相连，DC-DC部分由三电平LCC谐振电路。

目前论文只列举了一部分，省略的部分请联系QQ：58383878 索取，谢谢支持题目：PFC数字控制技术在开关电源中的应用内容摘要近年来，随着社会的进步，电子技术得到了迅猛的发展，计算机等一些通信设备日益普及，在各种不同的领域的广泛应用，对电网造成了严重的谐波污染，这样使得以及输入端功率因数低等问题显得日益突出。

随着IEC-1000-3-2和EN61000-3-2等国际标准的颁布和强制执行，用于解决谐波污染的功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）技术已成为我们研究的重点科目。

本文首先对功率因数的定义、功率因数校正的方法和重要性进行简单的介绍，并对有源功率因数校正(APFC)控制技术原理进行详细的分析和讨论。

其次实现PFC 的模拟控制方法和数字控制方法进行了比较，介绍了采用数字控制的独特优点。

详细讨论了采用数字信号处理器作为控制核心时的应用。

关键词：功率因数校正；模拟控制；数字控制；目录内容摘要 (I)目录 (I)1.概述 (1)1.1.开关电源的基本介绍 (1)1.1.1.引言 (1)1.1.2.开关电源的基本构成 .................... 错误！未定义书签。

1.1.3.开关电源的分类......................... 错误！未定义书签。

1.1.4.开关电源主回路拓扑结构概述........... 错误！未定义书签。

1.1.5.开关电源的技术指标 .................... 错误！未定义书签。

1.2.功率因数的定义、标准及分类................. 错误！未定义书签。

1.2.1功率因数的定义......................... 错误！未定义书签。

1.2.2功率因数的标准......................... 错误！未定义书签。

1.2.3功率因数校正技术的分类................ 错误！未定义书签。

功率因数校正标准优化解决方案人们都倾向于按照基本的60Hz或50Hz频率考虑电力线上的能量——这也是电站的涡轮和发电机产生电压的方式。

当然，如果有无功负载，电流就会滞后于电压。

这就是―功率因数‖，对吗?但难道它仍然是关于50Hz或60Hz时的―实际‖和无功元件吗?也对也错。

遗憾的是，这种概念化过程有些太过简单了。

在电力配送系统中，对功率因数校正(PFC)的理解通常是在电力配送系统中的某些点增加(一般来说)电容性电抗以抵消电感性负载效应。

我们可以说是―无功‖负载，但电源工程师在解决功率因数问题时通常最关心的是电机负载。

校正时可以采取电容阵列或―同步调相器‖(一种无负载同步电机)的形式。

更广泛地说，在使用AC-DC电源转换的任何电力线供电设备中都需要PFC。

这些设备种类繁多，小到便携式设备的电池充电器，大到大屏幕电视机。

总之，它们的输入整流器是主电流谐波失真的最大来源。

那么这些谐波失真来自哪里呢?一个常见的误解是开关稳压器导致了谐波功率因数分量。

事实上，谐波分量是在典型的全桥整流器和滤波电容器中产生的，电力线本身的阻抗则起着推波助澜的作用。

在稳定状态下，当输入电压超过滤波电容器上的电压时，电源将从电力线吸取电流。

这时产生的电流波形将包含电力线频率(图1)的所有奇次谐波。

一旦电压越过这个点，电流就只受电力线源阻抗、前向偏置的二极管电阻以及平滑直流电压的电容电抗的限制。

由于电力线呈现非零源阻抗，因此大电流峰值将导致电压正弦波峰上产生某些削波失真。

谐波被认为是功率因数的组成部分，因为它们与电力线频率关系密切。

作为傅里叶分量，谐波累积起来代表基频的异相电流。

事实上，功率因数的一种广义定义是：其中THD是总谐波失真。

功率因数的问题不管是什么原因，实际功率因数小于1的问题出在哪里呢?部分原因是经济上的，另外一部分原因则与安全有关。

不管相位关系如何，所有这些叠加的谐波电流会产生可测量的I2R损耗，因为这些电流是从发电厂经过数英里传输和配送线最后到达家庭或工作场所的过程中吸取的。