功率因數(shù)校正電路的原理、作用-KIA MOS管

功率因數(shù)校正

功率因數(shù)校正(Power Factor Correction)，用來(lái)表示電子產(chǎn)品對(duì)電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說(shuō)明電能的利用效率越高。

功率因數(shù)表示電源輸出有功功率的能力。功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統(tǒng)里則要復(fù)雜些：即有部分交流電流在負(fù)載里循環(huán)不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率（ 電壓Volt乘電流Amps）大于實(shí)際功率。視在功率和實(shí)際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實(shí)際功率與視在功率的比值。

功率因數(shù)校正電路原理

PFC電路的工作原理是通過(guò)調(diào)整輸入電流的波形，使其與輸入電壓的波形盡可能一致，從而減少諧波成分，提高功率因數(shù)。

PFC電路關(guān)鍵部分：

1.整流電路：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。由于整流電路的非線性特性，輸入電流會(huì)呈現(xiàn)脈沖狀，導(dǎo)致電流波形畸變，功率因數(shù)下降。

2.濾波電路：通常使用大電容進(jìn)行濾波，但會(huì)導(dǎo)致電流波形進(jìn)一步畸變。

3.PFC控制電路：通過(guò)控制輸入電流的波形，使其接近正弦波并與電壓同相位。這通常通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

無(wú)源PFC和有源PFC

PFC有兩種，一種是無(wú)源PFC（也稱被動(dòng)式PFC），一種是有源PFC（也稱主動(dòng)式PFC）。

無(wú)源PFC：使用二極管、電阻、電容和電感等無(wú)源器件組成。優(yōu)點(diǎn)是成本低，但效果有限，通常只能用于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景。

在整流橋堆和濾波電容之間加一只電感（適當(dāng)選取電感量），利用電感上電流不能突變的特性來(lái)平滑電容充電強(qiáng)脈沖的波動(dòng)，改善供電線路電流波形的畸變，并且利用電感上電壓超前電流的特性也補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數(shù)、電磁兼容和電磁干擾得以改善，如下圖所示。

此種方式還不能稱為真正的無(wú)源PFC電路，只是一種簡(jiǎn)單的補(bǔ)償措施，可以應(yīng)用在前期設(shè)計(jì)的無(wú)PFC功能的設(shè)備上，簡(jiǎn)單的增加一個(gè)合適的電感（適當(dāng)選取L和C的值），從而達(dá)到具有抑制電流瞬時(shí)突變的目的；但是這種簡(jiǎn)單的、低成本的補(bǔ)救方法，輸出紋波較大，濾波電容兩端的直流電壓也較低，電流畸變的校正及功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)哪芰Χ己懿?，而且L的繞制及鐵芯的質(zhì)量控制不好，會(huì)對(duì)圖像及伴音產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，只能是對(duì)于前期無(wú)PFC設(shè)備使之能進(jìn)入市場(chǎng)的臨時(shí)措施。

有源PFC：使用晶體管等有源器件，通過(guò)更復(fù)雜的控制策略來(lái)調(diào)整輸入電流波形。優(yōu)點(diǎn)是效果更好，適用于對(duì)功率因數(shù)要求較高的場(chǎng)合，但成本較高，設(shè)計(jì)復(fù)雜。

在220V整流橋堆后去掉濾波電容（以消除因電容充電造成的電流波形畸變及相位變化），由一個(gè)“斬波”電路把脈動(dòng)的直流變成高頻（約100kHz）交流經(jīng)過(guò)整流濾波后，其直流電壓再向常規(guī)的PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電，其過(guò)程AC→DC→AC→DC。

有源PFC電路的基本原理是在開(kāi)關(guān)電源的整流電路和濾波電容之間增加一個(gè)DC－DC的斬波電路，如圖所示（斬波電路等于附加一個(gè)開(kāi)關(guān)電源）。對(duì)于供電線路來(lái)說(shuō)，該整流電路輸出沒(méi)有直接接濾波電容，所以其對(duì)于供電線路來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)的是純阻性的負(fù)載，其電壓和電流波形同相、相位相同。斬波電路的工作也類似于一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，所以說(shuō)有源PFC開(kāi)關(guān)電源就是一個(gè)雙開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)電源電路，它是由斬波器和穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源組成的。

功率因數(shù)校正電路作用

PFC電路應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，特別是開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)PFC電路，開(kāi)關(guān)電源的輸入電流波形得到改善，減少了諧波成分，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。此外，PFC電路還可以減少電磁干擾（EMI），提高設(shè)備的電磁兼容性（EMC）。

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