功率因数校正电路的原理、作用-KIA MOS管

功率因数校正

功率因数校正(Power Factor Correction)，用来表示电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。

功率因数表示电源输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率（电压Volt乘电流Amps）大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素，功率因素等于实际功率与视在功率的比值。

功率因数校正电路原理

PFC电路的工作原理是通过调整输入电流的波形，使其与输入电压的波形尽可能一致，从而减少谐波成分，提高功率因数。

PFC电路关键部分：

1.整流电路：将交流电转换为直流电。由于整流电路的非线性特性，输入电流会呈现脉冲状，导致电流波形畸变，功率因数下降。

2.滤波电路：通常使用大电容进行滤波，但会导致电流波形进一步畸变。

3.PFC控制电路：通过控制输入电流的波形，使其接近正弦波并与电压同相位。这通常通过调整开关管的导通时间来实现。

无源PFC和有源PFC

PFC有两种，一种是无源PFC（也称被动式PFC），一种是有源PFC（也称主动式PFC）。

无源PFC：使用二极管、电阻、电容和电感等无源器件组成。优点是成本低，但效果有限，通常只能用于简单的应用场景。

在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感（适当选取电感量），利用电感上电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，改善供电线路电流波形的畸变，并且利用电感上电压超前电流的特性也补偿滤波电容电流超前电压的特性，使功率因数、电磁兼容和电磁干扰得以改善，如下图所示。

功率因数校正电路

此种方式还不能称为真正的无源PFC电路，只是一种简单的补偿措施，可以应用在前期设计的无PFC功能的设备上，简单的增加一个合适的电感（适当选取L和C的值），从而达到具有抑制电流瞬时突变的目的；但是这种简单的、低成本的补救方法，输出纹波较大，滤波电容两端的直流电压也较低，电流畸变的校正及功率因数补偿的能力都很差，而且L的绕制及铁芯的质量控制不好，会对图像及伴音产生严重的干扰，只能是对于前期无PFC设备使之能进入市场的临时措施。

有源PFC：使用晶体管等有源器件，通过更复杂的控制策略来调整输入电流波形。优点是效果更好，适用于对功率因数要求较高的场合，但成本较高，设计复杂。

在220V整流桥堆后去掉滤波电容（以消除因电容充电造成的电流波形畸变及相位变化），由一个“斩波”电路把脉动的直流变成高频（约100kHz）交流经过整流滤波后，其直流电压再向常规的PWM开关稳压电源供电，其过程AC→DC→AC→DC。

功率因数校正电路

有源PFC电路的基本原理是在开关电源的整流电路和滤波电容之间增加一个DC－DC的斩波电路，如图所示（斩波电路等于附加一个开关电源）。对于供电线路来说，该整流电路输出没有直接接滤波电容，所以其对于供电线路来说呈现的是纯阻性的负载，其电压和电流波形同相、相位相同。斩波电路的工作也类似于一个开关电源，所以说有源PFC开关电源就是一个双开关电源的开关电源电路，它是由斩波器和稳压开关电源组成的。

功率因数校正电路