功率因数校正设计

文章摘要：（1）功率因数介绍 功率因数一词源于基本的交流电路原理，当正弦交流电源给感性或容性负载供电时，负载电流也是正弦的，但是比输入电压滞后或超前一定的角度另。若输人电压有效值为Vi，输入电流有效值为Ii，则电网的输出功率为二者乘积ViIi，但实际传递到负载的功率只有y；f．c。Sff。与负载电阻电压同相位的输人电流分量（I，coax）向负载提供功率，而与负载电阻电压相位垂直的输入电流分量（／． Slnff）不向负载提供功率，因此C0Sff就是功率因数值。在交流输人开始的一段时间内，这表现为从输人电源抽取功率并且暂时存储在负载的感性器件里，而在随后的时间内，存储的电流或能量回馈到输人电源。这些不向负载

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　　（1）功率因数介绍 功率因数一词源于基本的交流电路原理，当正弦交流电源给感性或容性负载供电时，负载电流也是正弦的，但是比输入电压滞后或超前一定的角度另。若输人电压有效值为Vi，输入电流有效值为Ii，则电网的输出功率为二者乘积ViIi，但实际传递到负载的功率只有y；f．c。Sff。与负载电阻电压同相位的输人电流分量（I，coax）向负载提供功率，而与负载电阻电压相位垂直的输入电流分量（／． Slnff）不向负载提供功率，因此C0Sff就是功率因数值。在交流输人开始的一段时间内，这表现为从输人电源抽取功率并且暂时存储在负载的感性器件里，而在随后的时间内，存储的电流或能量回馈到输人电源。这些不向负载提供功率的电流也会在输入电源的内部和输入网线的电阻上消耗。对于纯阻性的负载电流，输入电压与电流之间没有相位差，所以功率因数为1。

　　对于本设计从储能飞轮输出电压后接桥式整流器、电感电容滤波器和斩波器的情况，输入电网电流是上升和下降都很陡的窄脉冲，这些电流脉冲的有效值很高，会消耗功率并产生很多的射频干扰（RFI）／电磁干扰（EMI）等问题，功率因数很低。功率因数校正就是要消除这样的电网电流尖峰，使输入电流成为正弦形状并且和输人电压同相位，消除谐波。

　　（2）功率因数校正方法 无源滤波器是在整流电路和电容之间串联一个滤波电感L1，或在交流侧接入谐振滤波器。它结构简单，成本低，可靠性高，EMI小；但是尺寸重量大，难以得到高功率因数（0.9左右），工作性能与频率负载变化及输入电压变化有关，电感电容之间有大的充放电电流等。

　　有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）是在整流器和负载之间接入一个DC／DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流氵波形跟踪交流输入正弦波形，可以使r接近正弦，功率因数可以提高到0.97～0.99，甚至接近1。此种方法的总谐波畸变小（Total Harmonic Distortion，THD），有较宽的输人电压范围，频带宽，体积重量小，输出电压可以保持恒定；但电路复杂，MTBF下降，成本高，EMI高，效率会有所下降。

　　本设计在功率因数校正部分设计采用无源滤波器和APFC相结合的方法，可靠性高，EMI小，总谐波畸变小，频带宽，体积重量小，输出电压可以保持恒定，使PFC接近1。

　　控制算法旨在输出平稳的电压，电流无畸变，功率因数尽量达到1。常用的APFC有三种，即电流峰值控制、电流滞环控制和平均电流控制。前两种方法由于开关频率不固定，且适合用的拓扑结构与本设计有所不同，所以本设计采用平均电流控制的方法。