功率因數(shù)校正電路課件

第6章有源功率因數(shù)校正

電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電線路過(guò)熱，降低電器的額定值，并且產(chǎn)生電磁干擾，影響其他電子設(shè)備正常運(yùn)行。第6章有源功率因數(shù)校正電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電1第6章有源功率因數(shù)校正

1）、采用無(wú)源校正抑制諧波:

特點(diǎn)：(在主電路中串入無(wú)源LC濾波器)1）方法簡(jiǎn)單可靠，并且在穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。2）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時(shí)，濾波效果不能保證，動(dòng)態(tài)特性差。3）可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。4）LC濾波器體積龐大。

第6章有源功率因數(shù)校正1）、采用無(wú)源校正抑制諧波:2第6章有源功率因數(shù)校正2）、有源電力濾波器對(duì)于消除電力系統(tǒng)的諧波，在電網(wǎng)的公用負(fù)載端并接一個(gè)專用的功率變換器，對(duì)無(wú)功及諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，這就是有源濾波器（ActiveFilter）.它將電網(wǎng)電流補(bǔ)償成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦電流。圖6-1有源濾波器第6章有源功率因數(shù)校正2）、有源電力濾波器對(duì)于消除電力系3有源功率因數(shù)校正

1）特點(diǎn)：與無(wú)源校正抑制諧波的區(qū)別：能進(jìn)一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。與一般的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：（1）PFC電路不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流；（2）PFC電路的電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)的乘積。3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）有源功率因數(shù)校正1）特點(diǎn)：3）、有源功率因數(shù)校正電路（PF4有源功率因數(shù)校正

3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）2）工作原理：有源功率因數(shù)校正技術(shù)(ActitePowerFilterCorrection，簡(jiǎn)稱APFC或PFC)：就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制有源開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。有源功率因數(shù)校正3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）2）工5第6章有源功率因數(shù)校正6.1.1有源功率因數(shù)校正圖6-2APFC的基本原理框圖

第6章有源功率因數(shù)校正6.1.1有源功率因數(shù)校正圖66WhatisPowerFactorCorrection?WithoutPFCWithPFCWhatisPowerFactorCorrectio76.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理圖6-3傳統(tǒng)的整流電路及波形由于輸入電流波形畸變導(dǎo)致功率因數(shù)下降，并產(chǎn)生高次諧波分量，污染電網(wǎng)。

APFC技術(shù)的基本思想是將輸入交流進(jìn)行全波整流，在整流電路與濾波電容之間加入DC/DC變換。通過(guò)適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸出電流跟隨它輸出直流脈動(dòng)電壓波形，且要保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入。6.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理圖6-386.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理6-4APFC基本電路APFC與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：DC/DC變換之前沒(méi)有濾波電容，電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動(dòng)電壓，這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達(dá)到全波整流器輸入功率因數(shù)近似為1。6.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理6-496.1.3有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)(a)雙級(jí)式(b)單級(jí)式圖6-5有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)6.1.3有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)(a)雙級(jí)式10圖有源功率因數(shù)校正電路原理調(diào)節(jié)器電流給定圖有源功率因數(shù)校正電路原理調(diào)節(jié)器電流給定11整流器輸出電壓ud、升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*c的差值都同時(shí)作為乘法器的輸入，構(gòu)成電壓外環(huán),而乘法器的輸出就是電流環(huán)的給定電流I*s。升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*c作比較，判斷輸出電壓是否與給定電壓相同。如果不相同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使之與給定電壓相同。調(diào)節(jié)器的輸出是一個(gè)直流值，這就是電壓環(huán)的作用。整流器輸出電壓ud是正弦半波電壓波形，它與調(diào)節(jié)器結(jié)果相乘后波形也是正弦半波的波形且與ud同相。

整流器輸出電壓ud、升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*12第8章功率因數(shù)校正電路課件13由于升壓電感L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式，因此可以得到電流環(huán)中的PWM信號(hào)即開(kāi)關(guān)V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有兩種產(chǎn)生方式：一種是電感電流臨界連續(xù)的控制方式（峰值電流控制方式）；另一種是電感電流連續(xù)的控制方式（平均值控制方式）

。這兩種控制方式下的電壓、電流波形如圖8-30所示。

由于升壓電感L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式，因此可以得146.1.4有源功率因數(shù)校正的控制方法（a）峰值電流控制方式b）平均電流控制方式圖6-7APFC的控制技術(shù)的波形有源功率因數(shù)校正（Boost—APFC）技術(shù)的思路，主要是控制已整流后的電流，使之在對(duì)濾波大電容充電之前，能與整流后的電壓波形相同，從而避免電流脈沖的形成，達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。6.1.4有源功率因數(shù)校正的控制方法（a）峰值電流控制方15電流模式控制方法：由輸出電壓VOUT與基準(zhǔn)信號(hào)VREF的差值經(jīng)過(guò)運(yùn)放（E/A）放大得到誤差電壓信號(hào)VE送至PWM比較器后，與一個(gè)變化的其峰值代表輸出電感電流峰值的三角波（或梯形尖角狀合成波）信號(hào)VΣ比較，然后得到PWM脈沖關(guān)斷時(shí)刻。電壓模式控制方法：而電壓模式是與振蕩電路產(chǎn)生的固定三角波狀電壓斜波比較，電流模式控制方法：16電流模式控制是一種固定時(shí)鐘開(kāi)啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。

（峰值）電流模式控制不是用電壓誤差信號(hào)直接控制PWM脈沖寬度，而是直接控制峰值輸出側(cè)的電感電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。電流模式控制是一種固定時(shí)鐘開(kāi)啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。17第8章功率因數(shù)校正電路課件18PFC有兩種工作模式：非連續(xù)電流模式連續(xù)電流模式。在非連續(xù)性模式，升壓轉(zhuǎn)換之MOSFET在電感電流降為零時(shí)開(kāi)始導(dǎo)通，而在電感電流達(dá)到所需之輸入?yún)⒖茧妷褐禃r(shí)，MOSFET則關(guān)斷。利用此方式使輸入波形跟隨輸入電壓波形，得到接近于1的功率因數(shù)。PFC有兩種工作模式：19第8章功率因數(shù)校正電路課件206.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用

APFC使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)為1，減小了輸入電流，降低了配電輸入線的損耗，消除了用電裝置的諧波分量對(duì)電網(wǎng)的污染。因此，凡是本身的工作會(huì)產(chǎn)生非線性，引起電網(wǎng)電壓、電流畸變的電力電子裝置，如果增加功率因數(shù)校正部分對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的效益是明顯的；對(duì)于用電器本身則會(huì)增大體積提高成本。6.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用APFC使得電網(wǎng)端的功率因216.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用

第四代IGBT的工作頻率已達(dá)到150KHz，完全可以取代功率MOSFET；而且用于功率因數(shù)校正的集成控制器進(jìn)入市場(chǎng)，因此APFC的成本增加不大，而可靠性大大提高了。由于APFC增加了一級(jí)功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，它既要使輸入電流波形呈正弦波，又要能夠穩(wěn)定輸出電壓，是兩個(gè)互為矛盾的特性。勢(shì)必會(huì)造成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的惡化。但如果合理設(shè)計(jì)輸出濾波電容C，就可適當(dāng)?shù)玫窖a(bǔ)償。增大輸出濾波電容C的容量，使之同時(shí)滿足電壓紋波和交流突然斷電時(shí)維持時(shí)間的要求，就能解決問(wèn)題。6.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用第四代IGBT的工作頻率226.2PFC技術(shù)的工作原理

圖Boost－PFC電路主電路由單相橋式整流電路和Boost變換電路組成，虛線框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器VA及基準(zhǔn)電壓Ur，乘法器，電流誤差放大器CA，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路。6.2PFC技術(shù)的工作原理圖Boost－PFC電236.2PFC技術(shù)的工作原理

工作原理：輸出電壓Uo和基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差信號(hào)經(jīng)電壓誤差放大器VA以后送入乘法器M，與全波整流電壓取樣信號(hào)相乘以后形成基準(zhǔn)電流信號(hào)?；鶞?zhǔn)電流信號(hào)與電流反饋信號(hào)相減，誤差信號(hào)經(jīng)電流誤差放大器CA后再與鋸齒波相比較形成PWM信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制主電路開(kāi)關(guān)S的通斷，使電流跟蹤基準(zhǔn)電流信號(hào)變化。6.2PFC技術(shù)的工作原理工作原理：246.3PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖UC3854包含電壓放大器VA，模擬乘法/除法器M，電流放大器CA，固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)電路，7.5V基準(zhǔn)電壓等。6.3PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用UC325輸出功率為250W時(shí)由UC3854構(gòu)成的PFC電路原理圖控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬，5KW以下的單相boost-PFC電路均可以采用該芯片作為控制器。輸出功率不同時(shí)，只需改變主電路中的電感L1和電流檢測(cè)電阻RS、控制電路中的電流控制環(huán)參數(shù)。輸出電壓Uo由下式確定：

6.3

PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

輸出功率為250W時(shí)控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬266.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖單級(jí)FlybackAPFCConverter6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖單級(jí)Flyb276.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖Boost和Flyback組合式開(kāi)關(guān)電路

6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖Boost286.4

單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖單級(jí)式雙管正激APFCConverter

6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖單級(jí)式296.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）圖

由單相Boost整流器構(gòu)成的三相APFC電路

6.5三相功率因數(shù)校正圖由單相Boo306.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）圖三相單開(kāi)關(guān)Boost功率因數(shù)校正電路6.5三相功率因數(shù)校正圖三相單開(kāi)關(guān)316.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）(a)主電路拓?fù)?b)典型控制方案圖三相連續(xù)導(dǎo)通的功率因數(shù)校正電路6.5三相功率因數(shù)校正(a)主電路拓?fù)?26.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)結(jié)合在一起，電路功率因數(shù)校正級(jí)工作在DCM模式，直接能量傳遞方式，單級(jí)功率因數(shù)校正變換器原理圖6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器將PFC級(jí)和336.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器電路工作原理：?jiǎn)渭?jí)功率因數(shù)校正電路的原理圖如圖所示。它是由一個(gè)Boost變換器和一個(gè)flyback變換器組合而成。Boost變換器工作在DCM模式，在占空比和頻率恒定的情況下可以達(dá)到功率因數(shù)校正的目的。flyback變換器可以工作在DCM或CCM模式。6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器電路工作原理：34主要波形直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）主要波形直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）35直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）366.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器為了分析方便，假定整流電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中為定值，電容CB足夠大使得電壓VB基本恒定，flyback變壓器視為理想變壓器，在原邊并聯(lián)勵(lì)磁電感Lm，flyback變換器工作在CCM模式。該電路有3種工作模式，主要工作波形如圖3所示。6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器為了分析方便，37(a)

工作模式1（t0－t1）(a)

工作模式1（t0－t1）38(b)

工作模式2（t1－t2）(b)

工作模式2（t1－t2）39由式（7）可以看出副邊電流is由兩部分組成，負(fù)載既從勵(lì)磁電感Lm上獲取能量也從電感Lb上獲取能量。即一部分能量可以不經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能電容CB而直接傳遞給負(fù)載。因此，大大提高了效率并且降低了直流母線電壓。(b)

工作模式2（t1－t2）由式（7）可以看出副邊電流is由兩部分組成，負(fù)載既從勵(lì)磁電感40(c)

工作模式3（t2－t3）(c)

工作模式3（t2－t3）416.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器圖3

電路主要工作波形isw6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器圖3

電426.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFCAPFC對(duì)消除電網(wǎng)污染，提高功率因數(shù)的作用很明顯，但控制電路比較復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，專用于APFC的集成電路（IC）已被開(kāi)發(fā)研制出來(lái)，這對(duì)設(shè)計(jì)高功率因數(shù)，低諧波失真的各類電子電路提供了技術(shù)支持。6.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFCAPFC對(duì)消除電436.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC圖6-9峰值電流控制制的功率因數(shù)校正電路6.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC圖6-9峰值電流446.7.0有源功率因數(shù)校正的控制方法峰值電流控制方式

峰值電流控制方式6.7.0有源功率因數(shù)校正的控制方法峰值電流控456.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC6.7.1調(diào)制器MC34261的功能分析圖6-8MC34261的引腳功能圖

MC34261的引腳功能-1腳為反饋電壓輸入端（UFB），-2腳為補(bǔ)償端即誤差放大器的輸出端，與1腳接有補(bǔ)償元件，-3腳為乘法器的輸入端，-4腳為電流傳感器輸入，-5腳為零電流檢測(cè)輸入，-6腳為接地端，-7腳為PWM輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)PowerMOSFET或IGBT，-8是UCC提供正電源電壓。6.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC6.7.1調(diào)制器466.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC6.7.1調(diào)制器MC34261的功能分析MC34261的引腳功能-1腳為反饋電壓輸入端（UFB），-2腳為補(bǔ)償端即誤差放大器的輸出端，與1腳接有補(bǔ)償元件，-3腳為乘法器的輸入端，-4腳為電流傳感器輸入，-5腳為零電流檢測(cè)輸入，-6腳為接地端，-7腳為PWM輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)PowerMOSFET或IGBT，-8是UCC提供正電源電壓。用MC34261構(gòu)成的BoostConverter如圖6-9所示6.7峰值電流控制的雙級(jí)式APFC6.7.1調(diào)制器476.7.2主電路原理分析

圖6-10開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)等效電路6.7.2主電路原理分析圖6-10開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)等效48第8章功率因數(shù)校正電路課件496.8平均電流控制的雙級(jí)式APFC

6.8.1平均電流控制的調(diào)制器：UC3854A/B

圖6-12平均電流控制的功率因數(shù)校正電路

6.8平均電流控制的雙級(jí)式APFC6.8.1平均電506.7.0有源功率因數(shù)校正的控制方法平均電流控制方式平均電流控制方式6.7.0有源功率因數(shù)校正的控制方法平均電流控制516.8平均電流控制的雙級(jí)式APFC

6.8.1平均電流控制的調(diào)制器：UC3854A/B

6.8平均電流控制的雙級(jí)式APFC6.8.1平均電526.8.2主電路參數(shù)選擇

6.8.2主電路參數(shù)選擇53第6章有源功率因數(shù)校正

電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電線路過(guò)熱，降低電器的額定值，并且產(chǎn)生電磁干擾，影響其他電子設(shè)備正常運(yùn)行。第6章有源功率因數(shù)校正電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電54第6章有源功率因數(shù)校正

1）、采用無(wú)源校正抑制諧波:

特點(diǎn)：(在主電路中串入無(wú)源LC濾波器)1）方法簡(jiǎn)單可靠，并且在穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。2）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時(shí)，濾波效果不能保證，動(dòng)態(tài)特性差。3）可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。4）LC濾波器體積龐大。

第6章有源功率因數(shù)校正1）、采用無(wú)源校正抑制諧波:55第6章有源功率因數(shù)校正2）、有源電力濾波器對(duì)于消除電力系統(tǒng)的諧波，在電網(wǎng)的公用負(fù)載端并接一個(gè)專用的功率變換器，對(duì)無(wú)功及諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，這就是有源濾波器（ActiveFilter）.它將電網(wǎng)電流補(bǔ)償成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦電流。圖6-1有源濾波器第6章有源功率因數(shù)校正2）、有源電力濾波器對(duì)于消除電力系56有源功率因數(shù)校正

1）特點(diǎn)：與無(wú)源校正抑制諧波的區(qū)別：能進(jìn)一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。與一般的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：（1）PFC電路不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流；（2）PFC電路的電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)的乘積。3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）有源功率因數(shù)校正1）特點(diǎn)：3）、有源功率因數(shù)校正電路（PF57有源功率因數(shù)校正

3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）2）工作原理：有源功率因數(shù)校正技術(shù)(ActitePowerFilterCorrection，簡(jiǎn)稱APFC或PFC)：就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制有源開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。有源功率因數(shù)校正3）、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）2）工58第6章有源功率因數(shù)校正6.1.1有源功率因數(shù)校正圖6-2APFC的基本原理框圖

第6章有源功率因數(shù)校正6.1.1有源功率因數(shù)校正圖659WhatisPowerFactorCorrection?WithoutPFCWithPFCWhatisPowerFactorCorrectio606.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理圖6-3傳統(tǒng)的整流電路及波形由于輸入電流波形畸變導(dǎo)致功率因數(shù)下降，并產(chǎn)生高次諧波分量，污染電網(wǎng)。

APFC技術(shù)的基本思想是將輸入交流進(jìn)行全波整流，在整流電路與濾波電容之間加入DC/DC變換。通過(guò)適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸出電流跟隨它輸出直流脈動(dòng)電壓波形，且要保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入。6.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理圖6-3616.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理6-4APFC基本電路APFC與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：DC/DC變換之前沒(méi)有濾波電容，電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動(dòng)電壓，這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達(dá)到全波整流器輸入功率因數(shù)近似為1。6.1.2畸變電流的產(chǎn)生與APFC的基本原理6-4626.1.3有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)(a)雙級(jí)式(b)單級(jí)式圖6-5有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)6.1.3有源功率因數(shù)校正的電路結(jié)構(gòu)(a)雙級(jí)式63圖有源功率因數(shù)校正電路原理調(diào)節(jié)器電流給定圖有源功率因數(shù)校正電路原理調(diào)節(jié)器電流給定64整流器輸出電壓ud、升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*c的差值都同時(shí)作為乘法器的輸入，構(gòu)成電壓外環(huán),而乘法器的輸出就是電流環(huán)的給定電流I*s。升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*c作比較，判斷輸出電壓是否與給定電壓相同。如果不相同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使之與給定電壓相同。調(diào)節(jié)器的輸出是一個(gè)直流值，這就是電壓環(huán)的作用。整流器輸出電壓ud是正弦半波電壓波形，它與調(diào)節(jié)器結(jié)果相乘后波形也是正弦半波的波形且與ud同相。

整流器輸出電壓ud、升壓變換器輸出電容電壓uC與給定電壓U*65第8章功率因數(shù)校正電路課件66由于升壓電感L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式，因此可以得到電流環(huán)中的PWM信號(hào)即開(kāi)關(guān)V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有兩種產(chǎn)生方式：一種是電感電流臨界連續(xù)的控制方式（峰值電流控制方式）；另一種是電感電流連續(xù)的控制方式（平均值控制方式）

。這兩種控制方式下的電壓、電流波形如圖8-30所示。

由于升壓電感L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式，因此可以得676.1.4有源功率因數(shù)校正的控制方法（a）峰值電流控制方式b）平均電流控制方式圖6-7APFC的控制技術(shù)的波形有源功率因數(shù)校正（Boost—APFC）技術(shù)的思路，主要是控制已整流后的電流，使之在對(duì)濾波大電容充電之前，能與整流后的電壓波形相同，從而避免電流脈沖的形成，達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。6.1.4有源功率因數(shù)校正的控制方法（a）峰值電流控制方68電流模式控制方法：由輸出電壓VOUT與基準(zhǔn)信號(hào)VREF的差值經(jīng)過(guò)運(yùn)放（E/A）放大得到誤差電壓信號(hào)VE送至PWM比較器后，與一個(gè)變化的其峰值代表輸出電感電流峰值的三角波（或梯形尖角狀合成波）信號(hào)VΣ比較，然后得到PWM脈沖關(guān)斷時(shí)刻。電壓模式控制方法：而電壓模式是與振蕩電路產(chǎn)生的固定三角波狀電壓斜波比較，電流模式控制方法：69電流模式控制是一種固定時(shí)鐘開(kāi)啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。

（峰值）電流模式控制不是用電壓誤差信號(hào)直接控制PWM脈沖寬度，而是直接控制峰值輸出側(cè)的電感電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。電流模式控制是一種固定時(shí)鐘開(kāi)啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。70第8章功率因數(shù)校正電路課件71PFC有兩種工作模式：非連續(xù)電流模式連續(xù)電流模式。在非連續(xù)性模式，升壓轉(zhuǎn)換之MOSFET在電感電流降為零時(shí)開(kāi)始導(dǎo)通，而在電感電流達(dá)到所需之輸入?yún)⒖茧妷褐禃r(shí)，MOSFET則關(guān)斷。利用此方式使輸入波形跟隨輸入電壓波形，得到接近于1的功率因數(shù)。PFC有兩種工作模式：72第8章功率因數(shù)校正電路課件736.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用

APFC使得電網(wǎng)端的功率因數(shù)為1，減小了輸入電流，降低了配電輸入線的損耗，消除了用電裝置的諧波分量對(duì)電網(wǎng)的污染。因此，凡是本身的工作會(huì)產(chǎn)生非線性，引起電網(wǎng)電壓、電流畸變的電力電子裝置，如果增加功率因數(shù)校正部分對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的效益是明顯的；對(duì)于用電器本身則會(huì)增大體積提高成本。6.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用APFC使得電網(wǎng)端的功率因746.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用

第四代IGBT的工作頻率已達(dá)到150KHz，完全可以取代功率MOSFET；而且用于功率因數(shù)校正的集成控制器進(jìn)入市場(chǎng)，因此APFC的成本增加不大，而可靠性大大提高了。由于APFC增加了一級(jí)功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，它既要使輸入電流波形呈正弦波，又要能夠穩(wěn)定輸出電壓，是兩個(gè)互為矛盾的特性。勢(shì)必會(huì)造成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的惡化。但如果合理設(shè)計(jì)輸出濾波電容C，就可適當(dāng)?shù)玫窖a(bǔ)償。增大輸出濾波電容C的容量，使之同時(shí)滿足電壓紋波和交流突然斷電時(shí)維持時(shí)間的要求，就能解決問(wèn)題。6.1.5APFC技術(shù)的應(yīng)用第四代IGBT的工作頻率756.2PFC技術(shù)的工作原理

圖Boost－PFC電路主電路由單相橋式整流電路和Boost變換電路組成，虛線框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器VA及基準(zhǔn)電壓Ur，乘法器，電流誤差放大器CA，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路。6.2PFC技術(shù)的工作原理圖Boost－PFC電766.2PFC技術(shù)的工作原理

工作原理：輸出電壓Uo和基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差信號(hào)經(jīng)電壓誤差放大器VA以后送入乘法器M，與全波整流電壓取樣信號(hào)相乘以后形成基準(zhǔn)電流信號(hào)?；鶞?zhǔn)電流信號(hào)與電流反饋信號(hào)相減，誤差信號(hào)經(jīng)電流誤差放大器CA后再與鋸齒波相比較形成PWM信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制主電路開(kāi)關(guān)S的通斷，使電流跟蹤基準(zhǔn)電流信號(hào)變化。6.2PFC技術(shù)的工作原理工作原理：776.3PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖UC3854包含電壓放大器VA，模擬乘法/除法器M，電流放大器CA，固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)電路，7.5V基準(zhǔn)電壓等。6.3PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用UC378輸出功率為250W時(shí)由UC3854構(gòu)成的PFC電路原理圖控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬，5KW以下的單相boost-PFC電路均可以采用該芯片作為控制器。輸出功率不同時(shí)，只需改變主電路中的電感L1和電流檢測(cè)電阻RS、控制電路中的電流控制環(huán)參數(shù)。輸出電壓Uo由下式確定：

6.3

PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

輸出功率為250W時(shí)控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬796.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖單級(jí)FlybackAPFCConverter6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖單級(jí)Flyb806.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖Boost和Flyback組合式開(kāi)關(guān)電路

6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖Boost816.4

單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器（Single-StageFlybackPFCConverter）

圖單級(jí)式雙管正激APFCConverter

6.4單級(jí)式功率因數(shù)校正變換器圖單級(jí)式826.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）圖

由單相Boost整流器構(gòu)成的三相APFC電路

6.5三相功率因數(shù)校正圖由單相Boo836.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）圖三相單開(kāi)關(guān)Boost功率因數(shù)校正電路6.5三相功率因數(shù)校正圖三相單開(kāi)關(guān)846.5三相功率因數(shù)校正

（Three-phasePowerFactorCorrection）(a)主電路拓?fù)?b)典型控制方案圖三相連續(xù)導(dǎo)通的功率因數(shù)校正電路6.5三相功率因數(shù)校正(a)主電路拓?fù)?56.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)結(jié)合在一起，電路功率因數(shù)校正級(jí)工作在DCM模式，直接能量傳遞方式，單級(jí)功率因數(shù)校正變換器原理圖6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器將PFC級(jí)和866.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器電路工作原理：?jiǎn)渭?jí)功率因數(shù)校正電路的原理圖如圖所示。它是由一個(gè)Boost變換器和一個(gè)flyback變換器組合而成。Boost變換器工作在DCM模式，在占空比和頻率恒定的情況下可以達(dá)到功率因數(shù)校正的目的。flyback變換器可以工作在DCM或CCM模式。6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器電路工作原理：87主要波形直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）主要波形直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）88直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）直流-直流升壓變換器（BOOST變換器）896.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器為了分析方便，假定整流電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中為定值，電容CB足夠大使得電壓VB基本恒定，flyback變壓器視為理想變壓器，在原邊并聯(lián)勵(lì)磁電感Lm，flyback變換器工作在CCM模式。該電路有3種工作模式，主要工作波形如圖3所示。6.6單級(jí)功率因數(shù)校正（SSPFC）變換器為了分析方便，90(a)

工作模式1（t0－t1）(a)

工作模式1（t0－t1）91(b)

工作模式2（t1－t2）(b)

工作模式2（t1－t2）92由式（7）可以看出副邊電流is由兩部分組成，負(fù)載既從勵(lì)磁電感Lm上獲取能量也從電感Lb上獲取能量。即一部分能量可以不經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能電容CB而直接傳遞給負(fù)載。因此，大大提高了效率并且降低了直流母線電壓。(b)

工作模式2（t1－t2）由式（