功率因数校正电路分析

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1、北方电力论坛http://bbs.cneclub.com第三章功率因数校正电路分析一:引言有源功率因数校正的目的，是要使电源从输入端看就象一个简单的电阻。有源功率因数校正器是靠控制输入电流随着输入电压变化来实现这个目的的。当输入电压和电流之比是个常数，输入就是阻性的，功率因数就等于1.0。当这个比值不是常数时，输入就包含相位移和/或谐波失真，功率因数就会下降。功率因数最一般的定义是实功对视功之比其中P1是实功，P2是视在功率。如果负载是纯阻性的，实功P1视在功率，功率因数就等于1.0。如果负载不是纯阻性的，功率因数就低于1.0。

2、相位移是有源功率因数校正器输入阻抗的电抗的度量。不论电抗是多大，也不管它是感性的还是容性的，都会引起输入电流波形对于输入电压波形的相位移。这个电压和电流间的相位移是功率因数的经典定义，即正弦波电压和电流间的相位角的余弦电压和电流间的相位移的大小表明了负载的阻性程度。如果电抗只占阻抗的一小部分，相位移就比较小。如果有源功率因数校正器的前馈信号或控制环具有相位移，校正就会引入相位移。交流母线电流滤波也会产生相位移。谐波失真是有源功率因数校正器输入阻抗非线性的度量。输入阻抗随输入电压的任何变化都会引起输入电流的失真，这个失真是引起功率

3、因数下降的另一主要因素。这个失真会增加电流的方均根值，但不会增加传递的总功率。一个非线性负载的功率因数之所以低，是因为电流的方均根值大，而所传递的总功率又小。如果非线性成分较小，谐波失真就小。对于有源功率因数校正器来说，谐波失真来自几个方面，包括前馈信号，反馈环，输出电容、电感，以及输入整流器。有源功率因数校正器能很容易地获得高输入功率因数，一般都大于0.9。但功率因数并不能精确度量电流波形的失真或相位移。因此往往都直接考虑这些量，而不是通过功率因数。例如，当谐波失真为3%时，功率因数仍可高达0.999。电流的总谐波失真达30%

4、时，功率因数还可达0.95。电流对于电压的相位移为25℃北方电力论坛http://bbs.cneclub.com时，功率因数还可达0.90。二:有源功率因数校正升压调整电路是有源功率因数校正器功率级的最佳选择，因为它的输入电流是连续的，所产生的传导噪声最低，输入电流波形最好。它的缺点是要求输出电压较高。即输出电压必须高于最大允许输入电压峰值。要达到功率因数校正之目的，升压调整电路就必须强迫输入电流正比于输入电压。为了控制输入电流，前馈是必须的。在DLE110系统中采用平均电流型控制方法。平均电流型控制方法基于这样一个简单的概念，

5、即在升压功率级的反馈环中用了一个放大器，使得输入电流以很小的误差跟综着控制信号。这就是平均电流型控制的优点，正因为这个优点使得有源功率因数校正成为可能。平均电流型控制实现起来也相对容易一些，下面就讨论这种方法。图1是升压功率因数校正电路框图。在电感前用一个二极管桥对交流输入电压进行整流，但将通常的滤波大电容移到了升压器的输出端，如要在二极管后用电容，也只能用一个小电容，仅用来控制噪声和。升压变换器的输出是恒定电压，但输入电流是受半正弦波输入电压控制的。进入输出北方电力论坛http://bbs.cneclub.com升压变换器的输

6、出是恒定电压，但输入电流是受半正弦波输入电压控制的。进入输出电容的功率流也不是恒定的，而是两倍于母线频率的正弦波，因为功率是瞬时电压和电流之积。当输入电压高时输出电容存储能量，当输入电压低时输出电容就放出能量，用以维持输出功率流。控制电路有源功率因数校正电路必须控制输入电流和输出电压。因为电流环受控于整流母线电压，所以由变换器的输入端看呈现为阻性。输出电压,由变化的电流控制信号平均幅度去控制。模拟乘法器将整流母线电压与电压误差放大器输出相乘，产生电流控制信号，所以电流控制信号呈输入电压的形状，它的平均幅度控制着输出电压。乘法器的

7、输出是电流控制信号，叫做Imo，即乘法器输出电流。整流母线电压对乘法器的输入是电流而不是电压，这是因为UC3854就是这么做的。如图所示，在电压控制环里，除乘法器外还有一个平方器和一个除法器。电压误差放大器的输出在与整流输入电压相乘前，除以平均输入电压的平方。这个辅助电路保持了电压环增益的恒定，如果没有它，电压环的增益就会随平均输入电压的平方变化。输入电压平均值叫做前馈电压，或Vff，因为它给电压环加入了一个前馈，提供了一个开环校正。前馈电压平方后再除电压误差放大器输出电压（Vvea）。要使功率因数最大，就得使电流控制信号尽量与

8、整流母线电压接近。如果电压环带宽太大，就虽能调整输入电流而保持输出电压恒定，但输入电流的失真会非常大。所以电压环带宽必须小于输入母线频率。但输出电压的瞬态响应又应尽量地快，所以电压环的带宽又必须尽可能地大。平方器和除法器电路保证了环增益恒定，所以带宽能尽可能与母