有源功率因数校正技术及发展趋势.doc

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1、有源功率因数校正技术及发展趋势仃源功率因数校正技术及发展趋势李思扬［字体：人［日期：2006-6-1］來源：电源技术应川作考：任凌,T志强,中小］0引言传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，T•扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年來，为了符合国际电T委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越來越引起人们的注意。功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。木文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。1

2、功率因数(PF)的定义功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即P二二/i一S一Vl/m./nn«cos①二ycos0(I)式屮：II为输入基波电流有效值;/

3、y=T~>rms为输入电流失真系数;Inns为输入电流有效值；cos4)为基波电压与基波电流之间的相移因数。可见PF由Y和cos4)决定。cos"低，则表示用电电器设备的无功功率人，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗人。Y值低，则表示输入电流谐波分量人，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电还会造成屮线电位偏移，致使川电电器设备损坏。由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件

4、的导通角远小于180°,从而产生人量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。全桥整流器电压和电流波形图如图1所示。DiBYTI2p【刃BYTI2pD4BYTI2pD："T"11lOOpF/?!IkQBYTI2p图I全桥整流器电压和电流波形2功率因数校正实现方法由式（1）可知，要提高功率因数有两个途径，即使输入电压、输入电流同相位；使输入电流正弦化。利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯止弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通

5、常由人容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到。.7'0.8,因而在屮小功率电源屮被广泛采用。有源功率因数校正电路自上世纪90年代以來得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，使功率因数接近1。有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，体积小、重量轻，比无源功率因数校正电路效率高。本文主要讨论令源功率因数校正方法。3有源功率因数校正方法分类3.I按有源功率因数校正拓扑分类3.1.1降压式因噪声人，滤波困难，功率开关管上电压应力人，控制驱动电平浮动，很少被采用。3・

6、1・2升/降压式须用二个功率开关管，有一个功率开关管的驶动控制信号浮动，电路复杂，较少采用。3.1.3反激式输出与输入隔离，输出电压可以任意选择，采用简单电压型控制，适用于150W以下功率的应用场合。典型电路如图2所示。反激式变换器3.1.4升压式(Boost)简单电流型控制，户F值高，总谐波失真(THD)小，效率高，但是输出电压高于输入电压。典型电路如图3所示。适用于75^2000W功率范围的应用场合，应用最为广泛。它具有以下优点：电路小的电感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「上保持高电压，所以电容器C体积小、储能人；在整个交流输入电

7、压变化范围内能保持很高的功率因数；当输入电流连续时，易于EMI滤波；升压电感I,能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性。Ri600Q图3升压式变换器3.2按输入电流的控制原理分类3.2.1平均电流型工作频率固定，输入电流连续(CCM),波形图如图4Q)所示。TI公司的UC3854就工作在平均电流控制方式。(H)平均电沆型<

8、>)”:彷后电況I型(.・)丄后伉乜；/t型(<1)也压扌空制型图4儿种孑空制方法的彳俞入电流波形图这种控制力式的优点是：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。丄要

9、缺点是：控制电路复杂，须用乘法器和除法器，需检测电感电流，需电流控制坏路。3.2.2滞后电流型T作频率可变，电流达到滞后带内发生功率开关通与断操作，使输入电流上升、下降。电流波形平均值取决于电感输入电流，波形图如图4(b)所示。3.2.3峰值电流型工作频率变化，电流不连续(DCM),波形图如图4(c)所示。DCM采用跟随器方法具有电路简单、易于实现的优点，似存在以下缺点：PF和输入电压Vin与输出电压V0的比值有关，即当Vin变化吋，PF值也将发生变化，同时输入电流波形随Vin/Vo的值的加人而使THD变人；开关管的峰值电流人(在相同容量情况下，DCM'"通过开