有源功率因数校正电路(APFC)

1、有源功率因数校正电路（APFC） 1.谐波定义谐波定义 从从220V交流电网经整流供给直流是电力电子及电子交流电网经整流供给直流是电力电子及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案。例如离线式仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案。例如离线式开关电源的输入端，开关电源的输入端，AC电源经全波整流后，一般接一个电源经全波整流后，一般接一个大电容，如图所示。大电容，如图所示。AC/DC整流电路整流电路有源功率因数校正电路（APFC） 整流之后得到波形较为平直的直流电压。波形如下图所整流之后得到波形较为平直的直流电压。波形如下图所示，输入交流电压示，输入交流电压Vi是正弦的，但是交流电流是正弦的，但是

2、交流电流ii波形却严重波形却严重畸变，呈脉冲状。畸变，呈脉冲状。 由此可见，大量应由此可见，大量应用整流电路，要求电网用整流电路，要求电网供给严重畸变的非正弦供给严重畸变的非正弦电流，造成严重的后果，电流，造成严重的后果，谐波电流对电网有危害谐波电流对电网有危害作用，并且输入端功率作用，并且输入端功率因数下降。因数下降。有源功率因数校正电路（APFC）有源功率因数校正电路（APFC）谐波电流对电网的危害谐波电流对电网的危害 脉冲状的输入电流，含脉冲状的输入电流，含有大量谐波。右图给出了输有大量谐波。右图给出了输入电流波形及电流谐波频谱入电流波形及电流谐波频谱分析，其中电流的三次谐波分析，其中电

3、流的三次谐波分量达分量达77.5%，五次谐波分，五次谐波分量达量达50.3%，总的谐波总的谐波分量（或称总谐波失真分量（或称总谐波失真Total Harmonic Distortion，用，用THD表示）为表示）为95.6%，输入，输入端功率因数仅有端功率因数仅有0.683，非常，非常的低。的低。输入电流波形及其谐波分量频谱分析输入电流波形及其谐波分量频谱分析有源功率因数校正电路（APFC）对对AC-DCAC-DC电路输入端谐波电流的限制电路输入端谐波电流的限制 为了减小为了减小AC-DC交流电路输入端谐波电流造成的噪交流电路输入端谐波电流造成的噪声和对电网产生的谐波声和对电网产生的谐波“污染

4、污染”，以保证电网供电质量，以保证电网供电质量，提高电网的可靠性；同时也为了提高输入端功率因数，提高电网的可靠性；同时也为了提高输入端功率因数，已达到节能的效果；必须限制已达到节能的效果；必须限制AC-DC电路的输入端谐电路的输入端谐波电流分量。波电流分量。%100.12423222IIIIITHDn有源功率因数校正电路（APFC）2. 2. 功率因数功率因数有源功率因数校正电路（APFC）有源功率因数校正电路（APFC） 设基波电流设基波电流i1落后落后Vi，相位差为，相位差为，如下图所示。，如下图所示。Vi 、Ii 波形波形 有源功率因数校正电路（APFC）定义总谐波畸变（THD）：AC-

5、DC电路输入功率因数与谐波的关系：%100.12423222IIIIITHDn有源功率因数校正电路（APFC） 从上式可以看出，欲提高线路功率因数就必须最大限度地抑制输入电流的波形畸变，同时还必须尽可能地使电流基波与电压基波之间的相位差趋于零。对于未采取功率因数校正措施酌电子镇流器，由于THD一般不低于110, 不超过0.65。 4. 提高AC-DC电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法：使输入电流与输入电压同相位，减小两者的相位差，采用APFC功率因数校正电路。有源功率因数校正电路（APFC）3.提高线路功率因数的意义有源功率因数校正电路（APFC）隔离降压电路隔离降压电路输入输入整

6、流桥整流桥PFCPFC负载（需负载（需要供电的要供电的设备）设备） 离线式高频开关电源离线式高频开关电源 有源功率因数校正电路（APFC） APFC结构框图结构框图 Multiplier (乘法器）乘法器） CA： current amplifier 电流误差放大器电流误差放大器 VA：voltage amplifier 电压误差放大器电压误差放大器APFC电路的工作原理电路的工作原理有源滤波器（有源滤波器（APFC）:在在整流器和开关电源功率变整流器和开关电源功率变换电路之间接入一个换电路之间接入一个DC-DC变换器，应用电流反馈变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流技术，使输入端电流i波形

7、波形跟踪交流输入正弦电压波跟踪交流输入正弦电压波形，可以使形，可以使i接近正弦波。接近正弦波。有源功率因数校正电路（APFC）有源功率因数校正电路（APFC） 主电路的输出电压主电路的输出电压Vo和基准电压和基准电压Vr比较后，输入给电压误差比较后，输入给电压误差放大器放大器VA，整流电压，整流电压Vdc检测值和检测值和VA的输出电压信号共同加到的输出电压信号共同加到乘法器乘法器M的输入端，乘法器的输入端，乘法器M的输出则作为电流反馈控制的基的输出则作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流准信号，与开关电流is检测值比较后，经过电流误差放大器检测值比较后，经过电流误差放大器CA加到加到PWM及驱

8、动器，以控制及驱动器，以控制MOS管的导通与关断；管的导通与关断； 使输入电流（即电感电流）使输入电流（即电感电流）il的波形与整流电压的波形与整流电压Vdc的波形基本的波形基本一致，使电流谐波大为减小，提高了输入端功率因数，可达到一致，使电流谐波大为减小，提高了输入端功率因数，可达到0.99以上以上,谐波失真谐波失真THD=3%-5%,由于功率因数校正器同时保持由于功率因数校正器同时保持输出电压恒定，使下一级开关电源设计更容易些。输出电压恒定，使下一级开关电源设计更容易些。APFC的工作原理的工作原理:有源功率因数校正电路（APFC）功率因数校正的控制芯片：功率因数校正的控制芯片：连续模式连

9、续模式(平均电流模式，适用于大功率输出的场合平均电流模式，适用于大功率输出的场合 200W )（CCM-continuous conduction mode) A TI公司：公司： UC3854、UC3817 B 英飞凌：英飞凌：ICE2PCS01G C 赛意法：赛意法：LT4981 www.ST.com D 国际整流国际整流 ：IR1150 临界模式临界模式(峰值电流模式，适用于小和中等功率输出的场合峰值电流模式，适用于小和中等功率输出的场合 200W 固定的导通时间，可变的开关固定的导通时间，可变的开关频率。峰值电流模式控制，适用频率。峰值电流模式控制，适用于小和中等功率输出的场合于小和中

10、等功率输出的场合 200W，工作在临界模式，工作在临界模式1. 平均电流模式平均电流模式 2. 峰值电流模式峰值电流模式有源功率因数校正电路（APFC）二、峰值电流控制二、峰值电流控制APFC控制器控制器L6561/6562（一）（一） L6561/6562芯片的特点芯片的特点有源功率因数校正电路（APFC）（二）（二） L6561/6562芯片的结构框图及引脚功能芯片的结构框图及引脚功能有源功率因数校正电路（APFC）（三）（三） L6561/6562芯片的应用电路芯片的应用电路有源功率因数校正电路（APFC）有源功率因数校正电路（APFC）（四）（四） APFC电路的参数计算电路的参数计算1、最低工作频率、最低工作频率fSM 效率效率0.95,VI(MIN)=85VPO=80W,VO=400V， fSM不小于不小于23K有源功率因数校正电路（APFC）有源功率因数校正电路（APFC）3、开关管的选用及导通损耗、开关管的选用及导通损耗VO=400V