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电源设计功率因数校正（PFC）拓扑结构选择
引言
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。
由于有源PFC 设计可以让设计人员以最少的精力满足高效能规范的要求，因此在近年来取得了好的发展。
通过简化主功率转换段的设计和减少元件数目，包括用于通用操作的波段转换开关和若干占用电容，此设计也附带了一些优势。
拓扑选择
由于输入端存在电感，升压转换器是提供达至高功率因数的方法。
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这方法。
近年来，
此方法获创新的改进，提升了效率，MC33260 PFC 控制器提供跟随升压选项，通过使升压转换器的输出电压随着线路电压的变化而变化，降低了33%的MOSFET 导电损耗，减小了43%的升压电感尺寸。
此外，专为CRM 和DCM 应用而设计的升压二极管可提供更佳的正向压降(MUR450, MUR550)。
然而，CRM PFC 仍受到一些限制，如较难过滤的可变频率和接近零交叉的高开关频率。
b. 不连续导电模式(DCM) PFC -此创新的方案延承了CRM 的优点，并。
单极pfc反激拓扑原理单极PFC反激拓扑原理是一种有效地实现功率因数校正的电路拓扑结构，可用于交流电源中的直流输出电路。
这种拓扑结构利用开关管连接以及变压器缩小输入电压的效应，从而达到较高的功率效率和功率因数。
以下是单极PFC反激拓扑原理的步骤阐述：1.整体概述单极PFC反激拓扑原理采用一个开关管、电容和电感元件组成。
它的基本原理是通过改变输入电流和输出电压之间的相位，使得负载电导产生一个与输入电压同频但相位差为零或接近于零的电流，从而实现功率因数校正。
该拓扑结构可以在宽范围的输入电压和负载条件下实现高功率效率和高功率因数。
2.电路原理单极PFC反激拓扑原理的电路结构包含一个单极开关器、一个L-C滤波器、一个直流电容和一个负载电阻。
当开关管关断时，电容器C通过电感器L向负载提供能量。
当开关管开通时，负载电流通过L-C滤波器流回电容器C和电源，从而实现功率因数校正的目的。
3.电路特点单极PFC反激拓扑原理具有以下优点：（1）具有相对简单的电路结构。
（2）功率效率高，可达80%以上。
（3）功率因数可以达到接近1，满足国际标准，提高系统效率。
（4）适用于大约100瓦到500瓦功率的方案。
（5）具有输出电压稳定的特点，可以满足LED照明、家用电器等方面的应用需求。
总之，单极PFC反激拓扑原理是一种有效地实现交流电源输入电路直流输出的电路拓扑结构。
它采用L-C滤波器、直流电容和负载电阻组成，具有功率效率高、功率因数接近于1和输出电压稳定的特点。
因此，该电路结构可以被应用于LED照明、家用电器等各个领域的电源设计中。
多种PFC电路拓扑结构的研究PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）电路是一种能够改善电气设备输入功率因数的电子电路，可以在电网中降低谐波污染，提高电能利用率。
PFC电路有很多种拓扑结构，本文将介绍几种常见的PFC电路拓扑结构的研究。
一、传统的整流器拓扑结构：在传统的整流器拓扑结构中，整流器直接将输入交流电流转换为直流电流。
然而，在这种结构下，由于电容储存器的电流是不连续的，产生了很大的谐波电流，并且功率因数较低。
为了解决这个问题，可以采用Boost型变流器进行变流，以提高功率因数。
二、Cuk型PFC拓扑结构：Cuk型PFC拓扑结构是一种非绝缘型的拓扑结构，主要由一个电感、一个电容、两个开关器件和一个输出滤波电感组成。
Cuk型PFC拓扑结构具有较高的功率因数和较低的谐波含量，适用于低功率的应用场景。
但是，由于电容元件的限制，其输出电压范围有限。
三、Bridgeless Cuk型PFC拓扑结构：为了进一步改善功率因数和谐波含量，研究者提出了Bridgeless Cuk型PFC拓扑结构。
该结构通过去除传统Cuk型PFC拓扑结构的桥式整流器，使用两个并联的电容元件和两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）来实现整流和功率因数校正。
该结构能够实现零电流开关切换，减小了开关损失，并且具有较高的功率因数和低谐波含量。
四、LLC型PFC拓扑结构：LLC型PFC拓扑结构是一种高效的拓扑结构，主要由一个大电感、一个小电感、两个电容和两个开关器件组成。
LLC型PFC拓扑结构具有零电压开关切换、高转换效率和低谐波含量等优点，适用于大功率的应用场景。
然而，由于其较复杂的结构，需要更高的成本和控制算法。
总结来说，PFC电路具有多种拓扑结构，每种拓扑结构都具有不同的优缺点和适用范围。
研究者们在实践中不断探索和改进PFC电路，以提高电能利用率和减少谐波污染，为电力系统的可持续发展做出贡献。
基于软开关技术的单级隔离型pfc电路拓扑结构研究1 引言电力因效率低而耗费大量的能源，因此对提高电力的效率具有重要的意义。
PFC（被动功率因数补偿）是一项技术，可以极大地提高电力的效率，但其实现机制相对复杂。
为了克服这一问题，基于软开关技术的单级隔离型PFC电路拓扑结构成为当前研究的一个焦点。
2 背景PFC技术是将功率因素控制在一个足够高的水平，从而有效地提高系统效率，约束用电负荷质量。
目前常用的PFC分为半桥PFC及全桥PFC两种。
根据电路构成方式的不同，半桥PFC可以分为单级PFC（单级隔离式）和双级PFC（双级隔离式）两种。
其中，单级隔离PFC利用激励S-N曲线控制方式，实现功率因素控制，而双级隔离PFC则是根据电路构成的不同，通过变比控制的方式，非常有效的提高系统的功率因素，从而大大提高功率因素控制的性能。
3 技术框架基于软开关技术的单级隔离型PFC被越来越广泛地应用于工业和家用电器中，实现了大量节能减排的目的。
它通过强制PFC的电路，将直流输入的功率因素控制在一个足够高的水平，有效的提高系统效率，节能减排。
其基本拓扑结构如图1所示，包括DC-DC变换器，功率分拆器，PI控制器，高频互感器和脉宽调制器，可以有效实现直流输入电源的PFC功能。
4 变频技术变频技术是基于软开关技术的单级隔离型PFC最主要的技术。
它通过改变输入电路的频率，改变脉宽调制器的频率，或者改变输入电源的电流来调节输入的功率因素，达到最大的功率因素。
在单级隔离PFC中，通过改变变换器的输出频率可以实现频率调制，以达到最大的功率因数，这一技术可以有效的克服滞后效应，从而使功率因数能保持在一个足够高的水平。
5 结论基于软开关技术的单级隔离型PFC是一种低成本，高效率的解决方案。
它可以有效地将直流输入电源的电力因素控制在一个足够高的水平，实现大量的节能减排，极大地提高电力的效率，受到越来越多行业的重视和应用。
pfc电路工作原理详解PFC（Power Factor Correction）电路是一种用于改善电源的功率因数的电路。
它通过对电源输入电压进行调整，使其与电流之间的相位差最小化，从而使功率因数接近1，减少电源对网络的污染，提高能源利用效率。
PFC电路的主要原理是利用电感元件和开关管实现对输入电流的精确控制。
通常，PFC电路采用谐振变换器（resonant converter）的拓扑结构，该结构由开关管、电感元件和电容元件组成。
其工作过程如下：1. 运行起始：PFC电路通过DC/DC变换器将输入的交流电源转换为稳定的直流电压。
当交流电源接通时，电源电压经过整流和滤波后供给谐振变换器。
2. 开关管控制：谐振变换器中的开关管控制着电源电压的输出情况。
开关管周期性地进行开关操作，将电源电压分割成若干个窄脉冲，并根据反馈信号调整开关频率和占空比，以控制输出的电源电压。
3. 电感元件：谐振变换器中的电感元件负责存储和释放能量。
当开关管导通时，电感元件储存能量；当开关管断开时，电感元件释放能量，并通过变压器传递给输出负载。
4. 电容元件：谐振变换器中的电容元件用于平滑输出电压，并降低交流噪声。
PFC电路的工作原理就是通过控制开关管的导通和断开来调整电源电压和当前传输，从而实现功率因数的改善。
通过增大导通时间和缩小断开时间，PFC电路可以使当前正弦波与电压正弦波之间的相位差减小，功率因数得以提高。
需要注意的是，PFC电路的控制需要采用高精度的控制策略和合适的开关频率，以确保电压和电流的同步性，避免谐振变换器的过渡过程中出现过大的振荡和损耗。
此外，PFC电路还需要考虑开关管的选择和功耗，以实现高效、可靠和长寿命的运行。
总而言之，PFC电路利用谐振变换器的设计和控制，在输入电流与电压之间实现同步性，从而改善功率因数，提高电源的能效。
通过对电压和电流进行精确控制，PFC电路使电源对网络的污染减少，同时提高了能源的利用效率。
三电平apf拓扑
三电平APFC拓扑是一种用于调节电源电流的电路拓扑结构，它采用三个电平来进行功率因数校正。
相比于传统的单电平APFC拓扑，三电平APFC拓扑具有更高的效率和更好的动态响应性能。
在三电平APFC拓扑中，输入电压被分为三个相等的电平，每个电平之间通过一个开关管进行连接。
同时，输出电压也被分为三个相等的电平，每个电平之间同样通过一个开关管进行连接。
这样，就可以实现对输入电流的精确控制，从而提高了整个系统的功率因数。
与传统的单电平APFC拓扑相比，三电平APFC拓扑具有以下优点：
1. 更高的效率：由于采用了三个电平来进行功率因数校正，因此可以更有效地利用能量，提高整个系统的效率。
2. 更好的动态响应性能：由于采用了多个电平进行控制，因此可以实现更快的响应速度和更好的稳定性。
3. 更低的电磁干扰：由于采用了多个电平进行控制，因此可以减少电磁干扰的产生，提高整个系统的稳定性和可靠性。
三电平APFC拓扑是一种高效、稳定、可靠的电源电流调节电路拓扑结构，适用于各种需要高精度、高效率、高稳定性的应用场景。
pfc整流电路工作原理PFC整流电路工作原理引言：功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）是一种用于改善电力系统功率因数的技术。
在许多电力设备中，由于非线性负载或传统整流电路的使用，导致系统功率因数较低，给电网带来了许多问题。
PFC整流电路的出现解决了这一问题，本文将介绍PFC 整流电路的工作原理。
一、整流电路的基本原理在电力系统中，交流电需要被转换为直流电才能供电给电子设备。
传统的整流电路通常采用二极管桥式整流电路，其原理是通过二极管将交流电转换为脉动的直流电。
然而，这种整流电路存在功率因数低、谐波污染等问题。
二、PFC整流电路的工作原理PFC整流电路通过控制开关管的导通时间，将交流电转换为稳定的直流电，从而改善系统的功率因数。
PFC整流电路一般采用开关电源的拓扑结构，常见的有Boost型、Buck-Boost型和Bridgeless 型等。
1. Boost型PFC整流电路Boost型PFC整流电路是最常见的一种PFC电路，其基本原理是通过电感储能和电容滤波，将输入交流电转换为直流电。
具体工作过程如下：（1）输入电压周期内，当开关管导通时，电感储能，电容器充电；（2）开关管关断时，电感释放能量，将电能传递给输出负载；（3）输出负载获取到能量后，电容器开始放电，保持稳定输出电压。
Boost型PFC整流电路能够实现高功率因数校正，并且具有输出电压稳定、谐波小等优点。
2. Buck-Boost型PFC整流电路Buck-Boost型PFC整流电路是一种变换器，能够根据输入电压的大小自动调整输出电压。
其工作原理如下：（1）当输入电压大于输出电压时，开关管导通，电感储能，电容器充电；（2）当输入电压小于输出电压时，开关管关断，电感释放能量，将电能传递给输出负载；（3）输出负载获取到能量后，电容器开始放电，保持稳定输出电压。
Buck-Boost型PFC整流电路能够实现高功率因数校正，并且具有输入电压范围广、输出电压稳定的特点。
pfc电源设计与电感设计计算PFC电源设计与电感设计计算引言：PFC（Power Factor Correction）电源设计是现代电源设计中的重要环节之一。
PFC技术的应用可以提高电源的功率因数，减少电网对电源的谐波污染，提高能源利用效率。
而电感是PFC电源中的关键元件之一，起到滤波、储能和矫正功率因数的作用。
本文将从PFC电源设计和电感设计两个方面进行详细介绍和计算。
一、PFC电源设计1. PFC电源的原理PFC电源是通过控制开关元件的通断来调整输入电源的电流波形，使其接近正弦波，并与输入电压保持同相，从而提高功率因数。
常用的PFC电源有两种基本拓扑结构：Boost型和Flyback型。
2. PFC电源设计的要点（1）选择合适的开关元件：开关元件通常选择MOSFET或IGBT，需要考虑其导通损耗、开关损耗和开关速度等因素。
（2）选取合适的电容：电容的容值应根据电流纹波、输出功率和电压波动等参数进行合理选择。
（3）设计控制电路：控制电路通常采用反馈控制，需要根据输入电压和输出电压进行控制，以实现稳定的工作状态。
（4）滤波电路设计：滤波电路的设计需要考虑输入电流的谐波成分和输出电压的纹波，选择合适的滤波电感和滤波电容。
3. PFC电源设计计算（1）功率因数计算：功率因数是一个衡量电源能量利用效率的重要指标，计算公式为功率因数=有功功率/视在功率。
（2）电流纹波计算：电流纹波是指输入电流的纹波大小，通常要求小于输出电流的10%。
（3）电容选取计算：根据电流纹波、输出功率和电压波动等参数，通过计算得到电容的容值。
（4）滤波电感选取计算：根据电流纹波和滤波电容的容值，通过计算得到滤波电感的值。
二、电感设计计算1. 电感的作用电感在PFC电源中的作用主要有三个方面：滤波、储能和矫正功率因数。
滤波电感可以减小输出电压的纹波，提高输出电压的稳定性；储能电感可以存储电能，平衡输入和输出功率；矫正电感可以改善电源的功率因数，提高能源利用效率。
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由于效率要求的不断增长，许多电源制造厂商开始将注意力转向无桥功率因数校正（PFC）拓扑结构。
一般而言，无桥接PFC可以通过减少线路电流通路中的半导体组件数目来降低传导损耗。
尽管无桥接PFC 的概念已经提出了许多年，但因其实施的难度和控制的复杂程度，阻碍了其成为一种主流。
一些专为电源而设计的低成本、高性能数字控制器上市以后，越来越多的电源公司开始为PFC 设计选择使用这些新型数字控制器。
相比传统的模拟控制器，数字控制器拥有许多优势，例如：可编程配置、非线性控制、低组件数目，以及最为重要的复杂功能实施能力（模拟方法通常较难实现）。
大多数现今的数字电源控制器，例如：TI 的融合数字电源（Fusion Digital Power™）控制器UCD30xx 等都有许多集成电源控制外设和一个电源管理内核，例如：数字环路补偿器、快速模数转换器（ADC）、内置停滞时间的高分辨率数字脉宽调制器（DPWM）、低功耗微控制器等。
它们是如无桥接PFC 等复杂高性能电源设计的较好选择。
数字控制无桥接PFC在其他一些无桥接PFC 拓扑结构中［1］［2］，图 1 是一个已经为业界所广泛采用的无桥接PFC实例。
它具有两个DC/DC 升压电路［3］［4］，一个由L1、D1 和S1 组成，而另一个则由L2、D2 和S2 组成。
D3 和D4 为慢速恢复二极管。
通过参考内部电源接地单独检测线压和中性点电压，测量得到输入AC 电压。
通过对比检测线压信号和中性点信号，固件便知道其为一个正半周期，还是一个负半周期。
在一个正半周期期间，第一个DC/DC 升压电路即L1-S1-D1 有效，同时升压电流回到二极管D4 的AC 中性点。
在一个负半周期期间，第二个DC/DC 升压电路即L2-S2-D2 有效，同时升压电流回到二极管D3 的AC 线。
像UCD3020 这样的数字控制器用于控制这种无桥接PFC。
图 1 数字控制无桥接PFC无桥接PFC 基本都由两个相升压电路组成，但在任何时候都只有一个相
有效。
对比使用相同功率器件的传统单相PFC，无桥接PFC 和单相PFC 的开关损耗应该是一样的。
但是，无桥接PFC 电流在任何时候都只通过一个慢速二极管（正半周期为D4，负半周期为D3），而非两个。
因此，效率提高的多少取决于一个二极管和两个二极管之间的传导损耗差异。
另外，通过完全开启关闭的开关可以进一步提高无桥接PFC 效率。
例如，在一个正周期期间，S1 通过PWM 信号控制，而S2 则可以完全开启。
当流动的电流低于某个值时，MOSFET S2 的压降可能会低于二极管D4，因此返回电流部分或者全部流经L1-D1-RL-S2-L2，然后返回AC 源。
传导损耗可以降低，电路效率也可以得到提高，特别是在轻负载的情况下。
同样，在一个负周期期间，S2 开关时，S1 被完全开启。
图 2 显示了S1 和S2 的控制波形。
图 2 无桥接PFC 的PWM 波形自适应总线电压和开关频率控制传统上，效率指的是满负载状态下
高线压和低线压的效率。
现在，如计算服务器和远距离通信电源等大多数应用，除满负载状态效率以外，还要求10%-50% 负载范围状态的效率也必须满足标准规范。
大多数AC/DC 应用中，系统有PFC 和下游DC/DC 级，因此我们根据整个系统来测量效率。
若想提高轻负载状态下的总系统效率，一种方法是降低PFC 输出电压和开关频率。
这要求了解负载信息，而这项工作通常是通过使用一些额外电路测量输出电流来实现的。
但是，利用数字控制器，便不再需要这些额外电路。
输入AC 电压和DC 输出电压相同时，输出电流与电压环路输出成正比。
因此，如果我们知道电压环路的输出，我们便可以相应地调节频率
和输出电压。
使用数字控制器以后，电压环路通过固件来实现，其输出已知，所以实现这种特性便十分容易，并且成本比使用模拟方法要低得多。
通过变流器实现电流检测无桥接PFC 的难题之一是如何检测整流后的AC 电流。
如前所述，AC 返回电流（部分或者全部）可能会流经处于非活动状态的开关，而非慢速二极管D3/D4。
因此，在接地通路中使用一个分路器来检测电流（通常在传统PFC 中使用），已不再适用。
取而代之的是，使用一个变流器（CT），每相一个（图1）。
这两个变流器的输出被整流，然后组合在一起，产生电流反馈信号。
由于在任何时候都只有一个变流器整流输出信号，即使在其组合时也是如此，因此任何时候都只有一个反馈电流信号。
图 3 连续导通模式的检测电流波形
图 4 非连续导通模式的检测电流波形如图3-4 所示，由于变流器放置在开关的右上方，因此其只检
测开关电流（只是电感电流的上升部分）。
数字控制实施时，在时间Ta 的PWM 中间测量该开关电流信号。
它是一个瞬时值，在图3-4 中以Isense 表示。
仅当该电流为连续电流时，测得开关电流Isense 才等于平均PFC 电感电流（请参见图3）。
该电流变为如图 4 所示非连续电流时，Isense 不再等于平均PFC 电感电流。
为了计算电感平均电流，应该建立某个开关时间期间中间点检测电流Isense 和平均电感电流之间的关系，并且这种关系应该同时适用于连续导通模式（CCM）和非连续导通模式（DCM）。
就一个稳态运行的升压型转换器而言，升压电感的第二电压应在所有开关期间都保持平衡：
方程式（1）其中，Ta 为电流上升时间（PWM 导通时间），Tb 为电流下降时间（PWM 关闭时间），VIN 为输入电压，而VO 为输出电压，并假设所有电源器件均为理想状态。
由图3-4，我们可以通过Isense 计算出电感平均电流Iave：
方程式（2）其中，T 为开关时间。
将（1）和（2）组合，我们得到：
方程式（3）通过方程式3，平均电感电流Iave 表示为瞬时开关电流Isense。
理想电流Iave 和Isense 为电流控制环路的电流基准。
检测到现实瞬时开关电流后，将其与该基准对比，误差被发送至一个快速误差ADC （EADC），最终将数字化的误差信号发送至一个数字补偿器，以关闭电流控制环路。
动态调节环路补偿器总谐波失真（THD）和功率因数（PF）是两个判定PFC 性能非常重要的标准。
一个好的环路补偿器应该具有较好的THD 和PF。
但是，PFC 的输入范围如此之宽，其可以从80 Vac 扩展至高达265 Vac。
低线压状态下拥有较高性能的补偿器，在高线压状态下未必能够较好地工作。
最佳方法是根据输入电压相应地调节环路补偿器。
这对一个模拟控制器来说可能是一项不可能完成的任务，但对于如UCD3020 等一些数字控制器来说，则可以轻松地实现。
这种芯片中的数字补偿器是一种数字滤波器，其由一个与一阶IIR 滤波器级联的二阶无限脉冲响应（IIR）滤波器组成。
控制参数即所谓的系数，均保存在一组寄存器中。
该寄存
器组被称作记忆槽。
共有两条这种记忆槽，每条可存储不同的系数。
只有一条记忆槽的系数有效，用于补偿计算，而另一条则处于未激活状态。
固件始终都可以向未激活的记忆槽加载新的系数。
在PFC 运行期间，可在任何时候调换系数记忆槽，以便允许补偿器使用不同的控制参数，适应不同的运行状态。
有这种灵活性以后，我们可以存储两个不同的系数组（一个用于低线压，另一个用于高线压），并根据输入电压调换系数。
环路带宽、相位余量和增益余量都可在低线压和高线压下得到优化。
利用这种动态调节控制环路系数，并使用固件来对变流器可能出现的偏移量进行补偿，可以极大地改善THD 和PF。
