有源功率因数校正

有源功率因数校正小组成员：徐勇、常惜阳、付美真、王启龙、王嘉炜、陈玉民、管红立、瞿林飞、田小龙、王彦刚有源功率因数校正有源功率因数校正概述分类根据APFC拓扑分类

根据输入电压不同分类

根据电感电流控制方式分类总结

有源功率因数校正功率因数校正技术包括无源功率因数校正和有源功率因数校正.无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成,只能将功率因数提高到0.7~0.8,一般应用在中小功率电源中.有源功率因数校正电路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,能够使功率因数提高到接近1,它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,从20世纪80年代中后期开始成为电力电子领域研究的热点,90年代后得到了迅速推广.有源功率因数校正有源功率因数校正(APFC)电路是在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器,应用电压电流反馈技术,使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形,从而使输入电流的波形也接近正弦波,以达到提高功率因数的目的.由于在此电路中使用了有源器件,所以称为有源功率因数校正电路。图1有源功率因数校正原理根据APFC拓扑分类降压式升/降压式反激式升压式有源功率因数校正降压式

这种电路的主要优点是：开关管所受的最大电压为输人电压的最大值，因此开关管的电压应力较小;当后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护。

该电路的主要缺点是：由于只有在输人电压高于输出电压时，该电路才能工作，所以在每个正弦周期中，该电路有一段因输人电压低而不能正常工作，输出电压较低，在相同功率等级时，后级DC/DC变换器电流应力较大;开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动较复杂，加之输人电流断续，功率因数不可能提高很多，因此很少被采用。有源功率因数校正有源功率因数校正升降压式该电路的优点是：既可对输人电压升压又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以连续工作;该电路输出电压选择范围较大，可根据一级的不同要求设计;利用开关管可实现输出短路保护。该电路的主要缺点有：开关管所受的电压为输入电压与输出电压之和，因此开关管的电压应力较大;由于在每个开关周期中，只有在开关管导通时才有输入电流，因此峰值电流较大;开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂;输出电压极性与输入电压极性相反，后级逆变电路较难设计，因此也采用得较少。有源功率因数校正反激式反激式的输出与输入隔离,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。升压式

升压式是简单的电流型控制,PF值高、DTH小、效率高,但是输出电压高于输入电压,适用于75~2000W功率范围的应用场合。升压式APFC具有以下优点:1)电路中的电感L适用于电流型控制;2)由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器上保持高电压,所以电容器体积小、储能大;

3)在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数;

4)当输入电流连续时,易于EMI滤波;

5)升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变,因而可提高电路工作的可靠性.因此,目前升压式有源功率校正电路应用最为广泛。有源功率因数校正根据输入电压不同分类三相

两级PFC单相

单级PFC有源功率因数校正三相PFC

三相PFC有输入功率高等优点,然而它又存在三相之间耦合问题的严重缺点,控制机理复杂,研究难度大,所以单相PFC的研究较多并相对成熟。有源功率因数校正两级PFC

两级PFC方案如图2所示.所谓两级,指的是PFC前置级和DC/DC后随级。

PFC前置级使输入电流跟随输入电压,实现功率因数校正;DC/DC后随级实现隔离和降压。

其优点是每级电路可单独分析、设计和控制,特别适合作为分布式电源系统的前置级。有源功率因数校正图2两级PFC方案BuckBoost（常用）Buck-Boost正激反激等

两级PFC

两级PFC虽然功率因数校正效果不错,但由于用Boost升压的电路母线电压高于输入电压峰值,电容电压过高。另外,由于两级传输,使得控制复杂,传输效率低,成本也较高。有源功率因数校正单级PFC单极PFC将前置级Boost电路和后随级反激或正激变换器环节MOSFET公用,如图3所示。有源功率因数校正图3单极PFC方案单极PFC

该方案与传统的两级电路相比省掉了一个MOSFET,增加了一个二极管,集功率因数校正和输出隔离、电压稳定于一体,结构简单,效率高.但分析和控制复杂,适用于单一集中式电源系统。

它的输入电流有些畸变,但仍能满足电流谐波含量的要求。另外，单极PFC还存在储能电容上电压高的问题。有源功率因数校正

根据电感电流控制方式分类

恒频控制

不连续导通模式(DCM)变频控制等面积控制峰值电流控制直接电流控制平均电流控制连续导通模式(CCM)滞环电流控制间接电流控制临界或过渡导通模式(TCM)有源功率因数校正不连续导通模式(DCM)

DCM的控制又称电压跟踪方法,可以采用恒频、变频、等面积等多种方式。它工作在不连续导通模式,用电压跟随器的方法来实现APFC,采用此方法比较简单、方便,但开关峰值电流大,由此导致通态损耗增加.

同时,功率因数与输入和输出电压的比值有关,当输入电压变化时,功率因数也将发生变化,因此,DCM方式的APFC电路很少被采用。有源功率因数校正连续导通模式(CCM)

CCM模式下的电流控制是目前应用最多的控制方式。它是将输入电压信号与输出电压误差信号相乘后作为电流控制器的电流给定信号，电流控制器控制输入电流按给定信号变化，CCM模式根据反馈电流，产生了三种常用的控制方法：峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制。CCM方式的APFC工作在连续导通模式,相对于DCM,CCM具有以下优点:输入和输出电流纹波小;器件导通损耗小;适用于大功率应用场合。有源功率因数校正临界或过渡导通模式(TCM)相对于CCM来说,TCM方式的输入电流,输出电压的纹波比较大,因而对开关的冲击较大,同时开关的导通损耗也比较大.有源功率因数校正总结在功率因数校正中,CCM模式中直接电流控制依然是该领域发展的主流,适用于对系统性能指标和快速性要求较高的大功率场合.但同时DCM模式以及电压控制方式也将成为研究的方向.而简化控制策略、降低PFC成本、提高响应速度、降低器件