有源功率因数校正
有源功率因数校正
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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
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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
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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。由于变换器输出电压小于电源电压，故称为降压变换器。
降压型PFC主电路
（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，功率因数不可能提高很多，因此很少被采用。
升降压型PFC电路
升降压型PFC电路如图所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IIN流过电感线圈，L储能，此时电容C放电为负载提供能量；当Q断开时，IL有减小趋势，L中产生的自感电动势使二极管D正偏导通，L释放其储存的能量，向电容C和负载供电。
图3升压型PFC主电路
（1）该电路的优点是既可对输人电压升压又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以连续工作；该电路输出电压选择范围较大，可根据一级的不同要求设计；利用开关管可实现输出短路保护。
（2）该电路的主要缺点有：开关管所受的电压为输入电压与输出电压之和，因此开关管的电压应力较大；由于在每个开关周期中，只有在开关管导通时才有输入电流，因此峰值电流较大；开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂；输出电压极性与输入电压极性相反，后级逆变电路较难设计，因此也采用得较少。
提示：常用连续电流模式类功率因数校正芯片有TDA16888（PFC+PWM）、1PCS01（PFC）、L4981、FA4800（PFC+PWM）、UC3854、UCC3817、UCC3818等。
正激型PFC电路
正激型PFC电路如图所示，当开关管Q导通时，二级管D1正偏导通，电网向负载提供能量，输出电感L储能。当Q关断时，L中储存的能量通过续流二极管D2向负载释放。
这种电路的优点是功率级电路简单，缺点是要增加一个磁复位回路来释放正激期间电感中的储能。
正激型PFC主电路
反激型PFC电路
反激型PFC电路如图所示，当开关管Q导通时，输入电压加到高频变压器B1的原边绕组上，由于B1副边整流二极管D1反接，副边绕组中没有电流流过，此时，电容C放电向负载提供能量。当开关管Q关断时，绕组上的电压极性反向，二极管D1正偏导通，储存在变压器中的能量通过二极管D1向负载释放。
这种电路的优点是功率级电路简单，且具有过载保护功能。[1]
反激型PFC主电路
功率因数校正控制方案
功率因数校正方案 方案一：采用数字控制 方案：采用MCU （微控制单元）或DSP（数字信号处理）通过编程控制完成系统的功率因数校正。，MCU 时刻检测输入电压、输入电流以及输出电压的值，在程序中经过一定的算法后输出PWM 控制信号，经过隔离和驱动控制开关管，从而提高输入端的功率因数。采用数字控制的优点是通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量。缺点是软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。 方案二：采用模拟控制 方案：采用专用PFC（功率因数校正）控制芯片来完成系统功率因数的校正。整流后的线电压与误差放大器处理的输出电压相乘，建立电流的参考信号，该参考信号就具有输入电压的波形，同时也具有输出电压的平均幅值。因此在电流反馈信号的作用下，误差放大器控制的PWM 信号基本变化规律是成正弦规律变化的，于是得到一个正弦变化的平均电流，其相位与输入电压相同，达到功率因数校正的目的。该方案的优点是，使用专用IC 芯片，简单直接，无需软件编程。缺点是电路调试麻烦，易受噪声干扰。模拟PFC 控制是当前的工业选择，且技术成熟，成本低，使用方便。通过比较，系统选用方案二，采用TI 公司专用PFC 控制芯片UCC28019 来完成功率因数的校正。 方案一：LC校正电路根据电感电流不能突变的原理，整流后采用LCC滤波电路,可在一定程度上提高功率因素PF，一般可达0.8～0.9。优点是电路简单、可靠性高、成本低、EMI（电磁干扰）小；缺点是体积大、重量重，电感损耗较大，PF很难接近1。 方案二：填谷式PF校正电路使用电容C1～C2及二极管D5～D7构成填谷式滤波电路，扩展了整流二极管电流波形导通角θ，二极管D6后可串联浪涌电流限制电阻R，可将PF提高到0.8～0.9之间。该电路优点：体积略小于LC校正电路，可靠性高，EMI小，PF也容易达到0.85以上；缺点是输出功率小，只能用在输出功率小于25W的AC-DC变换器中，损耗相对较大，输入电压允许变化范围小，一般不超过15%。电路原理图如图2.1所示。 2.1 填谷式电路 方案三：有源功率因素校正(APFC)电路在整流器与负载之间插入具有特定功能的DC-DC变换器，使输入电流波形尽可能接近正弦波，构成有源功率因素校正电路（APFC）。该技术优点是：电路体积小，校正后的PF接近1；输入电压变化范围大，目前支持全电压范围(90V～265V)的APFC电路技术非常成熟、应用也很普及，因此在输出功率为20W～300W的AC-DC 变换器中使用APFC电路来改善电流波形THD（总谐波失真）参数较为合适。缺点是：该电
有源功率因数校正原理要点
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。其原理电路如图4所示。 自振荡PWM 驱动器的CT 端波形为锯齿波，送到比较器U2的正端；将直流输出 电压分压送到比较器U2的负端。当C 点的电压小于D 点时，E 点为高电平，Q4导通；当B 点为高电平时，F 点为高电平，Q3导通，电感L1储能，电容C2向后级供电。当C 点电压高于D 点时，E 点为低点平，不论F 点电平状态，Q4截止，Q3截止，电感L1经 D5向C2和后级释放储能。这样二极管电流经电感L1连续，各点相关波形如图4（B ）所示。从波形上可以看出F 点波形脉冲宽度小于A 或B ，而且可调，但小于50％；通过 调整R1、R2的分压比，可调整输出电压和输出功率，构成可调输出电路，这在开关电源和电子镇流器中有较广泛的应用。 5 利用TOPSwitch 开关构成的APFC 电路
由单相有源功率因数校正(APFC)组合成三相APFC的几种方法
由单相有源功率因数校正（APFC）组合成三相APFC的几种方法 中心议题：由单相APFC组合成三相APFC的几种方法 解决方案：由三个分别带隔离DC／DC变换的单相PFC并联组成由三个单相PFC在输出端直接并联组成两个单相PFC组成的三相PFC电路由矩阵式DC／DC变换器构成 功率因数校正(Power Factor CorrecTIon，简称PFC)技术，尤其是有源功率因数校正(Active Power FactorCorrection，简称APFC)技术可以有效的抑制谐波，单相APFC技术的研究比较成熟，已有不少商业化的专用控制芯片，如UC3854，IRll 50，LTl508，ML4819。与单相功率因数校正整流装置相比，三相PFC整流装置具有许多优点：(1)输入功率高，功率额定值可达几千瓦以上；(2)单相PFC整流装置输入功率是一个两倍于工频变化的量，但在三相平衡装置中，三相输入功率脉动部分的总和为零，输入功率是一恒定值，三相PFC整流装置输出功率的脉动周期仅为单相全波整流的三分之一，脉动系数低，因此可以使用容量较小的输出电容，从而可以实现更快的输出电压动态响应。三相APFC技术正成为众多学者研究的重点，但其实现有一定的困难，而且还未见成熟的专用控制芯片。若能将单相APFC电路简单整合成一个三相APFC电路，将能充分利用成熟的单相控制芯片，制作出满足要求的三相APFC装置。下面介绍几种由单相APFC组合成三相APFC的方法。1 由单相APFC组合成三相APFC的几种方法单相PFC组合成三相PFC的技术优势是：(1)无需研究新的拓扑和控制方式，可直接应用发展比较成熟的单相PFC拓扑，以及相应的单相PFC控制芯片和控制方法；(2)电路由多个单相PFC同时供电，如果某一相出现故障，其余两相仍能继续向负载供电，电路具有冗余特性； (3)由于单向模块的使用，因此需要更少的维护和维修，而且有利于产品的标准化；(4)与三相PFC相比，不需要高压器件等。下面将对由单相PFC实现三相PFC的几种方法分别进行介绍。1)由三个分别带隔离DC／DC变换的单相PFC并联组成的方法每个单相PFC后跟随一个隔离型DC／DC变换器，DC／DC变换器输出端并联起来，形成一个直流回路后向负载供电，。此类电路即可采用三相三线制接法，也可用三相四线制的接法，很灵活且很简单。而且此类电路都可设计成单级形式，从而减少功率等级且动态响应比较快。但该类电路由三个完全独立的单相PFC及DC／DC变换器组成，由于需3个外加隔离的DC／DC变换器，因此用的器件比较多，成本较高。 (1)单相PFC电路由全桥电路构成 图2电路的特点是DC／DC的开关控制比较简单，相对于其它电路更适合于大功率场合的应用。但是由于隔离变压器反射电压的影响，全桥电路相对于反激电路来说有更高的电流失真。 (2)单相PFC电路由Buck电路构成图3用三个单相Buck变换器组成的三相PFC示意图，图3所示Buck型电路的结构比较简单，同全桥电路相似，由于隔离变压器反射电压的影响，其相对于反激电路来说也有较大的电流失真，但其谐波仍可以限定在比较低水平，达到IEC—1000的要求。另外，其可实现的功率等级的大小不如全桥高，但比反激式电路要大。 (3)单相PFC电路由反激电路构成图4所示反激式电路有比较接近正弦的相电流，而且功率因数也更接近于单位功率因数。由于其本身的结构特点，所以不必以增加电压为代价即可达到隔离的作用。但相对于前两种电路其功率不容易做大。 (4)单相PFC电路由SEPIC电路构成在Boost变换中，传统的隔离在此种情况下的应用并不理
功率因数校正之基本原理
功率因数校正之基本原理 何谓工率因数？ 功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。 实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。 当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)
Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。 当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。
逆变电源中功率因数校正
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。2 逆变电源系 统功率因数及谐波干扰问题分析对于逆变器的整流环节（AC-DC），传统的方法仍采用不控整 流将通用交流电网提供的交流电经整流变换为直流。虽然不控整流器电路简单可靠，但它会 从电网中吸取高峰值电流，使输入端电流和交流电压均发生畸变。也就是说，大量的电器设 备自身的稳压电源，其输入前置级电路实际上是一个峰值检波器，在高压电容滤波器上的充 电电压，使得整流器的导通角缩短三倍，电流脉冲成了非正弦波的窄脉冲，因而在电网输入 端产生失真很大的谐波峰值干扰，。(a) 电网输入端电流和电压的畸变 (b)峰值电流中的 各次谐波分量频谱 图2 传统整流电路输入端电网电压和电流失真与谐波干扰分量图 推荐相关文章：开关电源的几种热设计方法手机LED背光电源管理的设计需求2011半导体发 展趋缓，逆变器前景最好肖特基二极管在电源管理中的应用分析电源模块并联供电的冗余结 构及均流技术反激电源的设计反激电源’电源已接通未充电‘问题的解决办法！ 单相电源与三相电源的区别什么是脉冲电源 由此可见，大量整流电路的应用使电网供给严重畸变的非正弦电流，对此畸变的输入电流进 行傅立叶分析，发现它不仅含有基波，还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波污染，使输入端功率因数下降，将造成巨大的浪费和严重危害。输入电 流谐波的危害主要有：（1）使电能的生产、传输和利用的效率降低，使得电器设备过热、产 生振动和噪声并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。（2）可引起电力系统局 部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。（3）使测量仪器产生附 加谐波误差。常规的测量仪器是设计并工作在正弦电压、电流波形的，因此在测量正弦电压 和电流时能保证其精度，但是这些仪表用于测量非正弦量时，会产生附加误差，影响测量精
有源功率因数校正
有源功率因数校正 编辑锁定 本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。 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。由于变换器输出电压小于电源电压，故称为降压变换器。 降压型PFC主电路 （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，功率因数不可能提高很多，因此很少被采用。 升降压型PFC电路 升降压型PFC电路如图所示，其工作过程如下：当开关管Q导通时，电流IIN流过电感线圈，L储能，此时电容C放电为负载提供能量；当Q断开时，IL有减小趋势，L中产生的自感电动势使二极管D正偏导通，L释放其储存的能量，向电容C和负载供电。 图3升压型PFC主电路 （1）该电路的优点是既可对输人电压升压又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以连续工作；该电路输出电压选择范围较大，可根据一级的不同要求设计；利用开关管可实现输出短路保护。
有源功率因数校正技术及控制方式分析_张浩
第25卷第3期上海电力学院学报V o l .25,N o .3 2009年6月 J o u r n a l o f S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r J u n e 2009 文章编号:1006-4729(2009)03-0201-07 有源功率因数校正技术及控制方式分析 收稿日期:2009-03-30 作者简介:张浩(1962-),男,博士,教授,博士生导师,江苏无锡人.主要研究方向为电力系统自动化,工业以太网, 现场总线,电力监测与管理,电力企业信息化等.E -m a i l :h z h a n g k @y a h o o .c o m .c n . 张 浩,许龙虎 (上海电力学院电力与自动化工程学院,上海 200090) 摘 要:电力电子设备谐波污染问题越来越严重,功率因数校正技术是解决该问题的最有效方法,而有源功率因数校正(A P F C )技术因其独特的优势成了该领域的研究重点.介绍了功率因数的定义和校正原理,并根据有源功率因数校正电路说明了A P F C 的工作原理,重点阐述了A P F C 技术的各种控制方法及其未来的发展趋势. 关键词:有源功率因数;校正技术;控制方式中图分类号:T P 217+.3 文献标识码:A A c t i v e P o w e r F a c t o r C o r r e c t i o n T e c h n o l o g y a n dC o n t r o l Me t h o d s A n a l y s i s Z H A N GH a o ,X UL o n g -h u (C o l l e g e o f E l e c t r i c P o w e r a n dA u t o m a t i o nE n g i n e e r i n g ,S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r ,S h a n g h a i 200090,C h i n a ) A b s t r a c t : T h eh a r m o n i c p o l l u t i o np r o b l e m o f p o w e r e l e c t r o n i cd e v i c e s b e c o m e s m o r ea n dm o r e s e r i o u s ,a n d p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n t e c h n o l o g y i s t h e m o s t e f f e c t i v e m e t h o d t o s o l v e t h i s p r o b l e ma n d t h e a c t i v e p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n(A P F C )t e c h n o l o g y h a s b e c o m e t h e r e s e a r c hf o c u s o w i n gt oi t s u n i q u e a d v a n t a g e s .T h ed e f i n i t i o na n dp r i n c i p l e s o f p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o na r ei n t r o d u c e d ,t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f A P F Ct e c h n o l o g y i s s h o w e d a c c o r d i n g t o t h e A P F Cc i r c u i t .T h e d e v e l o p m e n t t r e n d a n d v a r i o u s c o n t r o l m e t h o d s o f A P F Ct e c h n o l o g y a r e m a i n l y a n a l y z e d .K e y w o r d s : a c t i v e p o w e r f a c t o r ;c o r r e c t i o n t e c h n o l o g y ;c o n t r o l m e t h o d s 随着我国经济的发展,各种换流设备的使用越来越多、容量越来越大,加上一些非线性用电设备接入电网,将其产生的谐波电流注入电网,使公用电网的电压波形发生畸变,造成电能质量下降,威胁电网和包括电容器在内的各种电气设备的安全经济运行.为了提高电网的供电质量,限制高次谐波污染,国内外电气组织先后制定了相关标准,我国国家技术监督局1993年颁布了G B /T 14549 -93电能质量公用电网谐波,国际电工委员会(I E C )1998年制定了I E C 61000-3-2标准 [1] .解 决电力电子设备谐波污染问题的方法有两种:一是对电网采用滤波补偿;二是对电力电子设备本 身进行改进,即进行功率因数校正.相对来说,功率因数校正能够更有效地消除整流装置的谐波,具有更广泛的前景,已经成为电力电子技术的一 个重要研究方向[2] .
功率因数校正(PFC)的几个小知识
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。有PFC 功能的电子设备配可以帮助改善自身能源使用率，减少电费，PFC也是一种环保科技，可以有效减低造成电力污染之谐波，是对社会全体有益的功能。 PFC电源供应器是如何帮助节省能源? 藉由降低您的电力设备必须传输的电压-电流，以提供一台电源供应器至少所需的供电量。因为产生较少无用的谐波(只会替交流电运输系统增加不必要的负担)，让电力的消耗减少。 什么是谐波? 谐波是一种噪音形式，基本上是由复合的60个循环正弦波组合而成的频率所造成。他们通常发生在电源供应器及其它包括计算机在内等多种频率相关机器。谐波会扭曲基本的正弦波波型, 也会在同一系统的水线及接地线造成偏高的电流。[注: 美国的电源线,有3个pins,就是(Live,火线)-(Neutral,水线)-(Ground,地线)] 有哪些国家规定PFC为电子设备的标准配备? 2001年一月，欧盟正式对电子设备谐波有详细规范，规定凡输出在75W~600W范围间之电子设备产品，都必须通过谐波测试[Harmonics test(EN 61000-3-2)]，测量待测物对电力系统所产生的谐波干扰；中国大陆自2002年5月起，规范凡政府机关采购之电子设备，皆将功率因数校正(PFC)视为电子设备的标准配备功能；日本已着手研拟关于节约电力的各项方案，这是一种未来的趋势，相信在不久的将来，其它国家将陆续跟进。 什么是主动式/被动式功率因数校正(Active/Passive PFC)? 被动式PFC，使用由电感、电容等组合而成的电路来降低谐波电流，其输入电流为低频的50Hz到60Hz，因
有源功率因数校正 总结
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=R I 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。 ●能抑制开关噪声 ●输入电流波形失真小 主要缺点是： ●控制电路复杂 ●需用乘法器和除法器 ●需检测电感电流 ●需电流控制环路
单相有源功率校正电路
实验五：单相有源功率校正电路 （一）实验目的 1.掌握单相有源功率校正电路的工作原理，要求输出电压达到给定值，且网侧电流正弦化，功率因数为1； 2.掌握电压外环和电流内环的设计方法。 （二）实验原理 有源功率因数校正(Active Power Factor Correction APFC)电路，是指在传统的不控整流中融入有源器件，使得交流侧电流在一定程度上正弦化，从而减小装置的非线性、改善功率因数的一种高频整流电路。 基本的单相APFC电路在单相桥式不可控整流器和负载电阻之间增加一个DC-DC功率变换电路，通常采用Boost电路。通过适当的控制Boost电路中开关管的通断，将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除谐波和无功电流，将电网功率因数提高到近似为1。其电路原理图如图1所示。 假定开关频率足够高，保证电感L的电流连续;输出电容C足够大，输出电压u o可认为是恒定直流电压。电网电压u i为理想正弦，即u i=U m sinωt，则不可控整流桥的输出电压u d为正弦半波，u d=u i=U m sinωt。 图1.APFC电路原理图 当开关管Q导通时，u d对电感充电，电感电流i L增加，电容C向负载放电;当Q关断、二极管D导通时，电感两端电压u L反向，u d和u L对电容充电，电感电
流i L减小。电感电流满足下式。 通过控制Q的通断，即调节占空比D，可以控制电感电流i L。若能控制i L近似为正弦半波电流，且与u d同相位，则整流桥交流侧电流i i也近似为正弦电流，且与电网电压u i同相位，即可达到功率因数校正的目的。为此需要引入闭环控制。 控制器必须实现以下两个要求:一是实现输出直流电压u o的调节，使其达到给定值;二是保证网侧电流正弦化，且功率因数为1。即在稳定输出电压u o的情况下，使电感电流i L与u d波形相同。采用电压外环、电流内环的单相APFC双闭环控制原理如图2所示。 电压外环的任务是得到可以实现控制目标的电感电流指令值i L?。给定输出电压u o?减去测量到的实际输出电压u o的差值，经PI调节器后输出电感电流的幅值指令I L?测量到的整流桥出口电压u d除以其幅值U m后，可以得到表示u d波形的量u d′,u d′为幅值为1的正弦半波，相位与u d相同。I L?与u d′相乘，便可以得到电感电流的指令值i L?。i L?为与u d′同相位的正弦半波电流，其幅值可控制直流电压u o的大小。 图2.APFC控制框图 电流内环的任务是通过控制开关管Q的通断，使实际的电感电流气跟踪其
单级功率因数校正(PFC)变压器的设计
单级功率因数校正（PFC)变压器的设计 1引言 为了减少对交流电网的谐波污染，国际上推出了一些限制电流谐波的标准，如IEC 1000- 3-2，它要求开关电源电源必须采取措施降低电流谐波含量。 为了使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因数校正（PFCPFC）。目前应用得最广泛的是PFC级＋DC/DC级的两级方案，它们有各自的开关器件和控制电路。这种方案能够获得很好的性能，但它的缺点是电路复杂，成本高。 在单级单级功率因数校正变换器[1]中，PFC级和DC/DC级共用一个开关管和一套控制电路，在获得稳定输出的同时实现功率因数校正。这种方案具有电路简单、成本低的优点，适用于小功率场合。本文介绍了一种单级PFC变换器的基本原理及其设计设计过程。 2单级PFC变换器 单级PFC变换器的原理图，是一种基于脉宽调制（PWM）的变换器。变换器的PFC级采用Boost 电感电路，而DC/DC级采用双管单端正激电路结构。 PWM集成芯片采用了UC3842，是一种电流型控制的专用芯片，具有电压调整率高、外围元器件少、工作频率高、启动电流小的特点。其输出驱动信号通过隔直电容，连接在驱动变压器变压器原边。驱动变压器采用副边双绕组结构，得到两路同相隔离的驱动信号，从而实现了DC/DC级的双管驱动。 变换器的过流保护由电阻R9检测到开关管的过流信号，封锁UC3842的输出信号，实现过流保护。电压负反馈控制由电阻R12和R13获得输出电压信号。 变换器的工作原理简述如下：当变换器接通电源时，输入交流电压整流后的直流电压经电阻R17降压后，给UC3842提供启动电压。进入正常工作后，二次绕组N3提供UC3842的工作电压（12 V）；绕组N2的高频电压经整流滤波，由TL431获得偏差信号，经光耦隔离后反馈到UC3842，去控制开关管的导通与截止，实现稳压的目的。在一个开关周期Ts内，控制Boost 电感工作在不连续导电模式（DCM）下，使得输入电流波形自然跟随输入电压波形，从而实现了功率因数校正。 3变换器的设计 3.1 EMI滤波器的设计 EMI滤波器能有效地抑制电网噪声，提高电子仪器、计算机和测控系统的抗干扰能力及可靠性[2]。单级PFC变换器的PFC级工作在不连续导电模式下，其输入电流波形为脉动三角波，因此其前端需添加EMI滤波器以滤除高频纹波。 EMI滤波器电路，包括共模扼流圈（亦称共模电感）和滤波电容。共模电感主要用来滤除共模干扰，其电感量与EMI滤波器的额定电流有关。本文中的单级PFC变换器的额定电流为1 A，取共模电感值为15 mH。滤波电容C11和C13主要滤除串模干扰，容量大致为0.01μ F～0.47 μ F。C14和C15跨接在输入端，并将电容器的中点接地，能有效抑制共模干扰，容量范围是2200 pF～0.1 μ F。 3.2功率器件的选取 变换器的开关器件一般均选用功率场效应管（MOSFET），依据输入最高电压时输出最大电流的要求来确定其电压与电流等级，并预留有1.5～2倍的电压和2～3倍的电流裕量。在单管变换器中，开关器件的电压UCEO通常可按经验公式选取
单相有源功率因数校正电路仿真
单相有源功率因数校正电路仿真 摘要：传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法，通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真，获得了最后校正的功率因数结果，说明这种PFC 方案的能获得良好的效果，适用于多种场合。 关键词：有源功率因数校正，Boost 电路，滞环控制 1 绪论 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。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，代表其电能利用率越高。交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形，使其与直流电电压波形尽可能一致，让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的，否则，电力设备系统消耗的电能可能超出其规格，极可能干扰同系统的其他电子设备。 2 功率因数的定义和校正原理 根据电工学的基本理论功率因数（PF ）的定义：交流输入有功功率（P ）与视在功率（S ）的比值，用公式表示为： 1111cos cos cos rms rms U I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中：1U 表示输入基波电流有效值；cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数；γ表示输入电流畸变因数；rms I 表示输入电流有效值。可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定，cos φ小表示用电设备的功率大，在有功功率不变的情况下实在功率增加，线路总电流增大，线路传输压降也将增大，倒是电气设备容量增加，利用率低，导线、变压器绕组损耗大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可以导致电网崩溃。输入电流即便因数γ值低，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，使用电设备产生机械振动、噪声、过电压，损坏电子设备。在实际的电能运用和传输中，最主要的危害是电流的畸变引起的谐波而污染电网，因此，可以说谐波的抑制电路即为功率因数校
UC3854的单级式功率因数校正
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 基于UC3854的单级式功率因数校正的研究 *引言 近年来，随着电子技术的发展，各种办公自动化设备，家用电器，计算机被大量使用，然而，在这些设备的内部都离不开一个共同的“心脏”——开关电源，即将市电转化为直流电源，以供给系统的需求。在这个转换过程中，由于一些非线性元件的存在，导致输入的交流电压虽然是正弦的，但输入的交流电流却严重畸变，功率因数PF=0.67。如图1所示。 图1.输入电压电流波形 脉冲状的输入电流，含有大量的谐波，而谐波的存在，不但对公共电力系统产生污染，易造成电路故障，而且严重降低了系统的功率因数。本课题基于此问题进行有源功率因数校正技术的模拟控制策略研究，设计了基于UC3854为核心的功率因数校正系统，实现了电源装置网侧电流正弦化，功率因数接近1，极大地减少了电流谐波，消除了对公共电力系统的污染。 1．主电路拓扑结构 主电路采用单级功率因数校正器，主要是将PFC级和DC/DC变换级集成在一起，两级共用一只功率器件，它与传统的两级电路相比省掉了一只功率器件，增加了一个二极管。系统拓扑如图2所示。另外，其控制采用常规的PWM方式，相对简单。 iac AC PFC DC/DC 图2.单级有源功率因数校正
文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持. 2.有源功率因数校正电路原理 有源功率因数校正电路原理 整流器输出电压u d 、升压变换器输出电容电压u C 与给定电压U *c 的差值都同时作为乘法器的输入，构成电压外环, 而乘法器的输出就是电流环的给定电流I *s 。 升压变换器输出电容电压u C 与给定电压U *c 作比较的目的是判断输 EMI 滤波器 u i i i ＋－ u d C 1 P WM 形成电路L 1 V 乘法器 i F * s I u d VD C 采样滤波 U o u C － ＋△ ∞* c U
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
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。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(导通角约为70°)。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l 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。若AC 输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF 与电流总谐波失真(度)THD 之间存在下面关系： 而是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。无源PFC 电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC 电路由三只二极管和两只电容组成，如图2所示。这种无源PFC 电路的工作原理是：当50Hz 的AC 线路电压按正弦规律由0向峰值V m 变化的1/4周期内(即在0