APFC威廉希尔官方网站 的基本原理是什么？常用APFC分类有哪些？

背景

近年来，开关电源因效率高，成本低，而在各个领域获得了广泛的应用。但是采用传统的非控整流开关电源，由于输入阻抗呈容性，网侧输入电压和输入电流间存在较大相位差，加上输入电流严重非正弦，并呈脉冲状，故功率因数极低，谐波分量很高，给电力系统带来了严重的谐波污染。为此，国际电工委员会早在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准，严格限定设备的功率因数必须接近于1，提高开关电源的功率因数已经成为国内电源厂商的当务之急。

开关电源输入整流电路对电网的影响

开关电源一般由公共电网经过二极管整流获得直流电压。整流电路对于电网来说是非线性负载，负载电流含有大量的谐波和无功成分，使得电网的电能质量恶化。

●由此可见,大量地应用整流电路,要求电网提供严重畸变的非正弦电流，造成的严重后果是：谐波电流对电网有危害作用，并且输入端功率因数下降。

●大量的电流谐波分量倒流入电网，会使电网中的谐波噪声水平提高,造成电网的谐波污染,并且产生二次效应,使得电网电压(原正弦波)也发生畸变。

●功率因数过低，致使输出功率太小。

功率因素和THD

上式中I1/I称为畸变因数，cosa称为位移因数。当a=0时，PF=I~1~/I

PF与THD的关系

可见，当THD≤5％时，PF值可控制在0.999

APFC基本原理

工作原理：输出电压V0和基准电压Vr比较后，输出给电压误差放大器VA，整流电压检测值Vdc和的输出电压信号共同加到乘法器M输入端，M输出作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流检测值is比较后，经过电流误差放大器加到PWM及驱动器，以控制开关的通断，从而使输入电流的波形与整流电压的波形基本一致。

常用APFC分类

Boost升压型

输入电流即为电感电流且连续，容易调节，驱动简单，适合于电网电压变化大的场合。

Buck降压型

开关管所受最大电压为输入电压，电压应力小，当后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护

Buck-Boost升降压型

对输入电压升降压，输入电压选择范围大，可利用开关管实现输出短路保护

正激型

反激型

按电流连续方式分类

CCM控制模式

常用的三种PFC控制方法比较

其他控制方法

单周期控制威廉希尔官方网站

不需要乘法器，具有调制和控制的双重功能，通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的

电荷泵控制威廉希尔官方网站

利用电流互感检测开关管的开通电流，检测电容充放电，电压达到控制电压时开断开关管。

非线性载波控制威廉希尔官方网站

一种简单的单级PFC电路，不需要采样电压，通过比较非线性载波与电流检测波形获得pwm波形

无差拍控制威廉希尔官方网站

是一种在电流滞环比较控制威廉希尔官方网站 基础上发展起来的全数字化的控制威廉希尔官方网站

其他PFC控制方法

通过平均电流控制法实现的一种Boost型PFC电路它消除了传统的平均电流控制法中所需要的interwetten与威廉的赔率体系 乘法器和输入电压检测环路,整体电路结构显得十分简单。

有关功率因数校正的控制策略的简化成为今后研究的发展趋势,现代控制理论中相关控制方法如极点配置法、非线性状态反馈、神经网络、空间矢量调制、模糊控制 ,以及二次型最优控制等,都将成为该领域的研究热点

商用PFC控制芯片

为便于研制和生产有源功率因数校正器，现在PFC的控制电路已集成化。目前,在市场上己经出现了多种型号的针对Boost型变换电路的商用PFC 控制芯片,从其控制方法来看,主要采用有:

1、DCM模式下的变频控制法,例如MC34262,L6562,UC3852等,可以应用于中小功率场合,这些芯片的外接引脚相同(都是DIP8或SO-8封装),性能指标相似,可以互换使用。

2、CCM模式下的平均电流控制法,如UC3853,UC3854A/B,TK83853, ML4821等,主要应用于中大功率场合。

基于DSP的数字控制威廉希尔官方网站

近年来，DSP 器件的性价比有望进一步提高，这使得高质量数字控制 PFC 的实现成为了可能，数字控制代替模拟控制势必成为今后发展的趋势

基于 TMS320LF2407A 控制的功率因数校正电路

经过数字化采样后的V0 信号与输出参考电压信号Vref 进行比较，信号差送入电压外环的 PI 调节器。

该环节传递函数Gvea 的输出与信号Vin 的采样值相乘，生成电流内环所必需的参考电流值Iref 。

输入电感电流inI 经数字采样后，与参考电流Iref 进行比较，差值送入电流内环 PI 调节器。

该 PI 调节器的输出送入 PWM 比较器，与三角波信号比较产生开关信号的占空比，最后通过驱动电路产生驱动信号控制开关管的通断，实现电路的功率因数校正。




审核编辑：刘清