PFC电路原理与分析

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1、引言追求高品质的电力供需，一直是全球各国所想要达到的目标，然而，大量的兴建电厂，并非解决问题的唯一途径，一方面提高电力供给的能量，一方面提高电气产品的功率因数（Powerfactor）或效率，才能有效解决问题。有很多电气产品，因其内部阻抗的特性，使得其功率因数非常低，为提高电气产品的功率因数，必须在电源输入端加装功率因数修正电路（Powerfactorcorrectioncircuit），但是加装电路势必增加制造成本，这些费用到最后一定会转嫁给消费者，因此厂商在节省成本的考量之下，通常会以低价为重而不愿意让客户多花这些环保金，大多数的消费者，也因为不了解功率因数修

2、正电路的重要性，只以为兴建电厂才是解决电力不足问题的唯一方案，这是大多数发展中国家电力供应的一大问题所在。功率因数的意义电力公司经由输配电系统送至用户端的电力（市电）是电压100-110V/60Hz或200-240V/50Hz的交流电，而电气产品的负载阻抗有三种状况，包括电阻性、电容性、和电感性等，其中只有电阻性负载会消耗功率而产生光或热等能源转换，而容性或感性负载只会储存能量，并不会造成能量的消耗。在纯阻性负载状况下，其电压和电流是同相位的，而在电容性负载下，电流的相位是超前电压的，在电感性负载下电压又是超前电流相位的。这超前或滞后的相位角度直接影响了负载对能量

3、的消耗和储存状况，因此定义了实功功率的计算公式：Ｐ＝ＶＩＣｏｓθθ为V和I和夹角，Cosθ的值介于0-1之间，此值直接影响了电流对负载作实功的状况，称之为功率因数（PowerFactor，简称PF）。为了满足消费者的需要，电力公司必须提供S=VI的功率，而消费者实际上只使用了P的功率值，有一部分能量做了虚功，消耗在无功功率上。PF值越大，则消耗的无功功率越小，电力公司需要提供的S值也越小，将可以少建很多电厂。功率因数修正器的结构功率因数修正器的主要作用是让电压与电流的相位相同且使负载近似于电阻性，因此在电路设计上有很多种方法。其中依使用元件来分类，可分为被动式和主

4、动式功因修正器两种。被动式功因修正器在最好状况下PF值也只能达到70%，在严格的功因要求规范下并不适用。若要在全电压范围内（90V~265Vac）且轻重载情况下都能达到80%以上PF值，则主动式功因修正器是必要的选择。主动式功因修正器多为升压式电路结构（BoostTopology），如图一所示，图二为电感作用波形，输入电压要求为90V~265Vac，在Vd点则为127V~375V直流电压，由升压电路把输出电压Vo升到400V的直流，其工作过程如下：1、当Q导通时，电感上的电压VL=Vd,此时Vd、L、Q形成回路，Vd对电感L充电，回路如图一中虚线所示，此时电感电流

5、ζL循着同一斜率上升，到Q截止为止，工作周期（DT）结束。2、当Q截止时，电感电压反相且加上Vd经由二极管D对输出端开始放电，此时电容C是成充电状态，且RL维持Vo输出，其中Vo之大小为输入电压Vd加上电感电压（-VL）的值（由于电感电压反相，-VL反而是正值），其回路如图一中灰线所示，直到Q再度导通为止（即（1-D）T时间段结束）。如想要图一中的升压型电路具有功率因数修正功能的话，则Q的控制信号必须来自具有功因修正功能的IC（PFCIC），并要取电压回路和电流回路来做反馈控制，把这些信号回传到PFCIC来控制Q的导通与截止，进而达到电流波形整形的目的。PFCIC

6、分为两种，一种是非连续电流模式功因修正器（DCMPFC），适用于较低功率需求的功因修正，欧洲的能源规范定为70W以上的电源供应器必须加装PFC电路，DCMPFC一般使用在200W以下，另外一种是连续电流模式功因修正器（CCMPFC），一般使用在200W以上到数千W。DCMPFC的控制方式无论CCM或DCM的PFC，其电路结构都是升压电路，其中最大的区别在于控制模式，DCMPFC一般使用峰对峰值电流控制模式（如图三所示）。此种模式主要是当AC输入后，经桥式整流而成的类似m形的图三峰值电流控制模式的DCMPFC电压波形，经R5、R6分压后，再和一个经由误差放大器（Er

7、rorAmplifer）放大后的输出信号Vc相乘，此举是为了给流经Rs的峰值电流一个参考比较的电压Vm，并且这个电压会随着输入和输出的电压大小而作调整，其中输出电压经由电阻R3和R4分压后，经由误差放大器负反馈至乘法器输入端，可使当负载改变时，输出电压仍能保持稳定。其中较需注意的是，误差放大器在作闭环回路补偿时，其增益频宽要比六分之一倍的市电频率还要低，以避免干扰PFC电路的主要功能，所以C1和C2的值通常都不小，约为uF级的电容。当乘法器输出Vm时，同一时刻的电压波形仍是一个类似m形的波形，只是它是已被整理过的参考电压波形，进而输入比较器的正输入端，而与比较器的

8、负输入端Q