功率因數校正電路綜述

1、功率因數校正電路m功率因數定義及其對電源的影響m功率因數校正電路分類及功率因數校正電路各種拓撲結構 斷續導電模式、臨界導電模式、連續導電模式 功率因數定義及其對電源的影響功率因數定義及其對電源影響m功率因數的定義：視在功率有用功率功率因數PF分量相位差波分量與交流輸入電壓電網的交流輸入電流基輸入交流電流有效值流有效值I 基波電I 輸入電壓Urms1rmsI電網交流輸入的包含所有諧波分量的電流有效值表達式如下式為：m總諧波失真 THD：m可知總諧波失真與畸變因子dk 之間的關系如下式所示：m故對于功率因數值由總諧波失真與相位偏差來表示的具體表達式如下：m由上式可見，在功率電子設備的應用中，要想提

2、高其電源的 PF 值，一方面要迫使輸入電流相位跟蹤輸入電壓變化，盡量減小兩者之間的相位偏差? 的值；另一方面，限制輸入電流中各次諧波電流分量的值，以實現較小的 THD 值，也是實現開關電源的高 PF 值的一個重要途徑。m對于整流電路而言，由于輸出電容的作用，只能在輸入電壓高于輸出才可以導通，致使導通角很小。電流波形嚴重失真。根據諧波分析可以知道，這種電流各次諧波分量很大。導致功率因數很低。功率因數對電源的影響m污染電網。電流諧波分量在線性阻抗上的壓降會使得電壓波形產生一定程度的失真。m引起設備故障甚至損壞設備。諧波電流不可避免的會使得元器件發熱而產生額外多余的損耗，電容會因為過壓而被損壞。m諧

3、波的存在會使連接在同一電源系統中的相關的電子設備在正常工作中產生一些不必要的干擾，而出現錯誤的工作狀態。m會產生電磁輻射。功率因數校正電路分類及功率因數校正電路各種拓撲結構斷續導電模式（DCMDCM）控制mDCM控制模式也稱作電壓跟蹤方法m輸入電流自動跟蹤輸入電壓且保持較小的電流畸變率；開關管能實現零電流開通：電感值小。m輸入輸出紋波大，對濾波要求高：輸入電流峰值大，器件承受大的電流應力。臨界導電模式(CRM)(CRM)控制器 m臨界導電模式中，電感電流處在臨界狀態m可以實現零電流開關：電感值比較小：m這類穩壓器的頻率隨著線路和負載的變化而變化，由于存在潛在的EMI 問題，需要增加零電流檢測。

4、電流連續模式（CCMCCM）m 峰值電流控制：開關管在恒定的時鐘周期導通,當輸入電流上升到基準電流時,開關管關斷。 峰值電流控制具有電路簡單、逐周期限流、易于實現的優點。 電流峰值和平均值之間存在誤差,無法滿足THD很小的要求;電流峰值對噪聲敏感;占空比0.5時系統產生次諧波振蕩;需要在比較器輸入端加斜坡補償器。m滯環電流控制：開關導通時電感電流上升,上升到上限閾值時,滯環比較器輸出低電平,開關管關斷,電感電流下降;下降到下限閾值時,滯環比較器輸出高電平,開關管導通,電感電流上升,其中取樣電流來自電感電流。m控制簡單,容易實現,而且具有很強的魯棒性和快速動態響應。m其缺點是開關頻率不固定,且受

5、負載影響太大,濾波器設計困難。m平均電流控制：將電感電流信號與鋸齒波信號相加。當兩信號之和超過基準電流時,開關管關斷,當其和小于基準電流時,開關管導通。取樣電流來自實際輸入電流而不是開關電流。m由于電流環有較高的增益帶寬、跟蹤誤差小、瞬態特性較好。THD(5)和EMI小、對噪聲不敏感、開關頻率固定、適用于大功率應用場合。m;缺點是參考電流與實際電流的誤差隨著占空比的變化而變化,可能引起低次電流諧波。開關電源設計（第三版）Abraham I.Pressman Keith Billings Taylor Morey 第十五章m對于傳統 APFC 控制器都需要采樣輸入電流，輸入電壓和直流輸出電壓。將

6、采樣的正弦輸入的電壓信號轉換為控制輸入電流幅度的正弦比較基準，與采樣電流信號比較確定開關管的占空比，實現電感電流波形的相位跟蹤輸入電壓變化，從而抑制諧波電流，提高 PF 值。同時，采樣輸出電壓用于控制和穩定直流輸出電壓的大小。在電路設計過程中，要完成較為復雜的模擬乘法器電路的設計。單周期控制PFC單周期控制理論m假設電路拓撲中開關管開關頻率1/Ts，Ts 為一個開關周期，那么開關管的開關狀態可由一個開關函數 k (t )來表示，其表達式如下：m對于導通占空比可表示為d=Ton/Ts，其被一個模擬控制信號 Vref(t)調制。通過對開關工作狀態的控制對輸入信號 x (t )進行斬波，經調制的輸出

7、信號 y ( t )的脈沖寬度和開關頻率仍然和開關函數 k ( t )相同，同時其包絡的形狀與輸入 x (t )一致。Keyue M. Smedley and Slobodan Cuk. ONE-CYCLE CONTROL OF SWITCHING CONVERTERS.IEEEm如果系統內部控制信號 Vref(t)及系統的輸入信號 x(t)頻率都遠遠小于開關管的工作頻率，就可得到開關輸入信號的有效值為yrms(t)，一個周期內的表達式如下： m如果是輸出電壓在開通時間內的積分等于控制信號在一個周期內的積分：m則在一個開關工作周期中，經過占空比調制輸出信號的平均值就與控制信號的平均值相等，則下

8、式成立：m這樣， 在一個工作周期中實時的調制輸出信號的有效值，就可得到輸出有效值的表達式： 單周期buckbuck變換器單周期PFCPFC控制m對于穩定狀態下，整個變換器可以等效成一個電子Re,則有： 對于 boost變換器： 結合以上兩式： Vm定義為Vo*Rs/Re ，有：）為變換器等效輸入電阻（ /VIinineeRR)1 (*VVoinD )1 (R*IsinmVDDTmTmsindttVDVRI01m)(*V張祥東,錢峰。單周期控制連續導電模式 PFC 原理和應用.上海華東理工大學自動化研究所m得到控制方程組：m只要上面兩式相等就可以確定占空比D。由上式可以看出控制部分只要有一個加法器、一個積分器、一個比較器即可實現控制大大簡化了控制電路。m單周期控制能夠優化系統響應、減小畸變和抑制電源干擾,具有反應快、開關頻率恒定、魯棒性強、易于實現、控制電路簡單等優點。m其缺點是需要快速復位的積分電路。DTmTsinmdttVtRIVt011)()(2V*)(V1.李慧.基于數字峰值電流控制的PFC電路設計浙江大學.2.張祥東,錢峰.單周期控制連續導電模式 PFC 原理和應用.上海華東理工大學自動化研究所