第6章 有源功率因数校正

1. 第6章 有源功率因数校正 6.1.1 有源电力滤波器和有源功率因数校正 ◤对于消除电力系统的谐波有无源技术和有源技术两种办法◢ ◤在电网的公用负载端并接一个专用的功率变换器，对无功及谐波电流进行补偿，这就是有源滤波器（Active Filter） .它将电网电流补偿成为与电网电压同相位的正弦电流◢ ◤在负载即电力电子装置本身的整流器和滤波电容之间增加一个功率变换电路，这就是有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，简称APFC）电路，它将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除了谐波和无功电流，因而将电网功率因数提高到近似为1◢ 图6-1 有源滤波器 图6-2 APFC的基本原理框图

2. 6.1.2 畸变电流的产生与APFC的基本原理 ◤采用有源功率因数校正技术是解决上述问题的有效途径◢ ◤ APFC技术的基本思想是将输入交流进行全波整流，在整流电路与滤波电容之间加入DC/DC变换，通过适当控制使输入电流的波形自动跟随输入电压的波形，即使整流器的输出电流跟随它输出直流脉动电压波形，且要保持贮能电容电压稳定，从而实现稳压输出和单位功率因数输入◢ 6-4 APFC基本电路 ◤从原理框图来看，APFC基本电路就是一种开关电源，但它与传统的开关电源的区别在于：DC/DC变换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都受到实时的检测与监控，其控制的结果是达到全波整流器输入功率因数近似为1 ◢ 图6-3 传统的整流电路及波形 由于输入电流波形畸变导致功率因数下降，并产生高次谐波分量，污染电网。

3. 6.1.3 有源功率因数校正的电路结构 6.1.5 APFC技术的应用 ◤由于APFC使得电网端的功率因数为1，减小了输入电流，降低了配电输入线的损耗，消除了用电装置的谐波分量对电网的污染，因此，凡是本身的工作会产生非线性，引起电网电压、电流畸变的电力电子装置，如果增加功率因数校正部分对电网带来的效益是明显的; 对于用电器本身则会增大体积提高成本◢ ◤第四代IGBT的工作频率已达到150KHz，完全可以取代功率MOSFET; 而且用于功率因数校正的集成控制器已先后出台并拥入市场，因此APFC的成本增加不大，而可靠性大大提高了。同时由于APFC增加了一级功率调节环节，它既要使输入电流波形呈正弦波，又要能够稳定输出电压，要同时具有两个互为矛盾的特性，势必会造成动态响应的恶化。但如果合理设计输出滤波电容C，就可适当得到补偿。增大输出滤波电容C的容量，使之同时满足电压纹波和交流突然断电时维持时间的要求，就能解决问题◢ (a) 双级式 (b) 单级式 图6-5 有源功率因数校正的电路结构 6.1.4 有源功率因数校正的控制 （a）峰值电流控制方式 b）平均电流控制方式 图6-7 APFC的控制技术的波形 有源功率因数校正（Boost—APFC）技术的思路，主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。

4. 6.2峰值电流控制的双级式APFC 尽管APFC对消除电网污染，提高功率因数的作用很明显，但控制电路比较复杂，随着电子技术的发展，专用于APFC的集成电路（IC）已被开发研制出来，这对设计高功率因数，低谐波失真的各类电子电路提供了技术支持。 6.2.1 调制器MC34261的功能分析 (一) 误差放大器（Error Amplifier） （二）乘法器（Multiplier） 图6-8 MC34261的引脚功能图 其中1脚为反馈电压输入端（UFB），2脚为补偿端即误差放大器的输出端，与1脚接有补偿元件，3脚为乘法器的输入端，4脚为电流传感器输入，5脚为零电流检测输入，6脚为接地端，7脚为PWM输出端，可直接驱动Power MOSFET或IGBT，脚8是UCC提供正电源电压。用MC34261构成的Boost Converter如图6-9所示 （三）零电流检测器（Zero Current Detector）

5. （四）电流检测比较器和RS触发器（Current Sense Comparator and RS Latch） （五）计时器（Timer R） (六) 欠压闭锁（Under Voltage Lockout—UVLO） （七）图腾输出级（Totem Pole output Stage） （八）逻辑分析 图6-9 峰值电流控制制的功率因数校正电路

6. 6.2.2 主电路原理分析 (二）关断时间 （三）斩波频率 图6-9 峰值电流控制制的功率因数校正电路 （一）开关导通时间 图6-10 开关管导通时等效电路

7. (四) 升压电感的数值计算 (五) 最大峰值电感电流

8. 6.3 平均电流控制的双级式APFC 6.3.1 平均电流控制的调制器：UC3854A/B （一）UC3854A/B的极限参数 鉌电源电压 22伏 驱动输出连续电流 0.5A 驱动输出占空比50%时的电流 1.5A 输入电压： 11伏 11伏 5伏 输入电流： 10mA 功率损耗 1W 存贮温度 -65℃～+150℃ 焊接温度（锡焊，10秒钟） +300℃ （二）UC3854A/B内部功能 （三）UC3854A/B的使用（applications information） （1）保护输入（Protection input） （2）控制输入（Control inputs） 图6-12 平均电流控制的功率因数校正电路

9. 6.3.2 主电路参数选择 （一）斩波频率 或 （二）升压电感L的选择

10. 6.4 单级式功率因数校正变换器 （Single-Stage Flyback PFC Converter） 图6-15Boost 和Fly back组合式开关电路 图6-14 单级Fly back APFC Converter 图6-16 单级式双管正激APFC Converter

11. 6.5 三相功率因数校正 （Three-phase Power Factor Correction） 图6-17 由单相Boost整流器构成的三相APFC电路 (a) 主电路拓扑 (b) 典型控制方案 图6-19 三相连续导通的功率因数校正电路 图6-18三相单开关Boost功率因数校正电路