有源功率因數(shù)校正技術(shù)在工作電路中的實(shí)現(xiàn)

劉瑞

摘 要：功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)對(duì)改善電子設(shè)備的功率因數(shù)，減少諧波對(duì)電路干擾的有效方法。限制離線系統(tǒng)的輸入電流諧波、這種提高電路功率因數(shù)的技術(shù)措施，稱作功率因數(shù)校正。功率因數(shù)校正由有源和無(wú)源兩種類型組成。有源功率因數(shù)校正技術(shù)比無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)特別是在電路工作穩(wěn)定性和電路工作特性等方面的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要好。本文將對(duì)有源功率因數(shù)校正的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：電流諧波；功率因數(shù)校正；實(shí)現(xiàn)

Abstract： the power factor correction（PFC）technique to improve the power factor of electronic equipment， the effective method to reduce circuit by harmonic interference. Limit offline system input current harmonic and the measures to improve the technology of power factor of the circuit， said as a power factor correction. Power factor correction is composed of active and passive two types. Active power factor correction technology than passive power factor correction technology， especially in such aspects as working stability and circuit operating characteristics of related technical indicators. This article will shed light on the implementation of active power factor correction.

Keywords： current harmonic； Power factor correction； Implementation

中圖分類號(hào)：TN432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

AC輸入電流諧波被認(rèn)為是一種“電力公害”，它不僅會(huì)使線路功率因數(shù)降低，影響交流電源的利用率，造成電能的浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，對(duì)系統(tǒng)自身和連接在共用一個(gè)交流電源系統(tǒng)的其他電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，乃至引起故障，損壞設(shè)備。

對(duì)AC/DC轉(zhuǎn)換的高頻開關(guān)電源或者部分交流市電的非線性負(fù)載，將導(dǎo)致交流輸入市電的正弦輸入交流電流波形發(fā)生畸變，電路中會(huì)有大量的諧波電流的成分產(chǎn)生。由于交流輸入市電電流中只有少部分的基波電流成分可以做功，而大部分的諧波電流成分不但不做功，反而產(chǎn)生大量的諧波干擾對(duì)電網(wǎng)和其他相鄰用電設(shè)備造成影響，降低電網(wǎng)的功率因數(shù)，對(duì)周圍環(huán)境中造成電磁污染，減小電網(wǎng)的供電效率。

隨著開關(guān)電源類電子產(chǎn)品的應(yīng)用普及，電子計(jì)算機(jī)和家用電器等產(chǎn)品的需求逐年增加。在很多這類設(shè)備和電器內(nèi)部，都需要一個(gè)工頻市電轉(zhuǎn)換為直流的AC/DC電源變換電路。

1.有源功率因數(shù)校正技術(shù)的特點(diǎn)

有源功率因數(shù) 校正技術(shù)可以有效地提高電氣設(shè)備的功率因數(shù)PF值和降低由于電氣設(shè)備而引入的高次諧波成分對(duì)電網(wǎng)造成的影響。有源功率因數(shù)校正技術(shù)可以對(duì)諧波的變化進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，補(bǔ)償特性不會(huì)因?yàn)樨?fù)載阻抗和電網(wǎng)阻抗發(fā)生變化而改變。由于有源功率因數(shù)校正技術(shù)具有補(bǔ)償特性好的突出優(yōu)點(diǎn)，因而近些年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。有源功率因數(shù)校正的工作原理是由控制電路實(shí)現(xiàn)交流輸入電流波形跟隨交流輸入電壓波形的動(dòng)態(tài)變化，從而使交流輸入波形實(shí)現(xiàn)正弦規(guī)律變化，同時(shí)與交流輸入電壓波形同步，其作用可看成是一個(gè)純電阻電路，所以有源功率因數(shù)校正又稱為電阻仿真器。

2.有源功率因數(shù)校正技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

（1）電流連續(xù)型（CCM）有源功率因數(shù)校正電路

當(dāng)有源功率因數(shù)校正電路的工作模式處于電流持續(xù)導(dǎo)通控制狀態(tài)時(shí)，由于流過(guò)功率開關(guān)元器件的電流峰值應(yīng)力小，從而使功率開關(guān)元器件和相關(guān)元器件的電應(yīng)力較小、輸入紋波電流也較小、工作于恒頻控制方式與濾波器電路容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛推廣。工作于電流連續(xù)導(dǎo)通工作模式（CCM）的有源功率因數(shù)校正電路的控制框圖如圖1所示。

（2）臨界導(dǎo)通型（CRM）有源功率因數(shù)校正電路

通常較低功率開關(guān)電源和電子鎮(zhèn)流器電路，采用臨界導(dǎo)通型（CRM）有源功率因數(shù)校正控制方法，它具有造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)、電路易于實(shí)現(xiàn)，臨界導(dǎo)通型（CRM）有源功率因數(shù)校正電路工作框圖如圖2所示。

（3）工作于跟隨升壓輸出方式的有源功率因數(shù)校正電路

有源功率因數(shù)校正電路當(dāng)處于跟隨升壓輸出方式的工作模式下時(shí)，其輸出電壓可以跟隨電路的輸入電壓的變化，這就是所謂的跟隨輸出升壓有源功率因數(shù)校正工作方式，在這種工作方式下，有源功率因數(shù)校正電路的輸出電壓總是比交流市電輸入電壓的峰值要高。在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合有源功率因數(shù)校正電路的負(fù)載是一個(gè)DC/DC變換器電路，這個(gè) DC/DC變換器電路本身就可以在較寬的直流輸入電壓下正常工作，所以對(duì)DC/DC變換器而言要求直流輸入電壓固定不變意義不大。

工作于跟隨升壓輸出的有源功率因數(shù)校正電路具有體積小和有源功率因數(shù)校正電感也較便宜的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)功率開關(guān)管MOSFET而言，它的導(dǎo)通開關(guān)損耗也較小，這在要求電路造價(jià)要盡量低的應(yīng)用場(chǎng)合。跟隨升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路是一個(gè)比較好的選擇。跟隨升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路，其優(yōu)點(diǎn)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成電路芯片成本較低，易于實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)、功率開光管MOSFET的開關(guān)損耗小，磁元件的體積小和有源功率因數(shù)校正電感的造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。

（4）平均電流控制技術(shù)的有源功率因數(shù)校正

工作于平均電流控制方法的有源功率因數(shù)校正電路的電流控制環(huán)路工作原理框圖如圖3所示。

在平均電流控制法的有源功率因數(shù)校正控制方式中，采用了電流控制環(huán)和電壓控制環(huán)，輸入電流波形在電流控制環(huán)作用下更趨于正弦波，升壓輸出在電壓控制環(huán)作用下的電壓穩(wěn)定性加強(qiáng)。

平均電流的有源功率因數(shù)校正控制方法的優(yōu)點(diǎn)是它可以用于功率大于200W的應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)除法器除以Vin2，電路可以用于克服由于輸入電壓的變化而影響控制環(huán)路帶寬。工作于平均電流有源功率因數(shù)校正控制方式和其他控制方式相比，它的高頻電流峰值較小。

工作于平均電流有源功率因數(shù)校正控制方法的缺點(diǎn)是較工作于臨界導(dǎo)通工作模式（CRM）的有源功率因數(shù)校正電路的造價(jià)要高，并且電路也更復(fù)雜些。

結(jié)語(yǔ)

目前從實(shí)際的應(yīng)用情況看，較為實(shí)用的有源功率因數(shù)校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不過(guò)也就一兩種。升壓輸出平均電流型控制有源功率因數(shù)校正的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作于持續(xù)導(dǎo)通工作模式的升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是較為常用的技術(shù)方案，適用于功率較大的用電設(shè)備。臨界導(dǎo)通模式升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于功率較低的用電設(shè)備。有源功率因數(shù)校正電路在實(shí)際應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)于多種不同電路結(jié)構(gòu)形式的有源功率因數(shù)校正電路樣式的要求也在不斷加大。大多數(shù)企業(yè)的實(shí)際用電設(shè)備具體應(yīng)用的有源功率因數(shù)校正電路是現(xiàn)有電路形式改進(jìn)和拓展，有源功率因數(shù)校正技術(shù)不斷發(fā)展并且出現(xiàn)了一些嶄新的技術(shù)。

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