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于是功率因数校正电路的基本思想是将整流器与滤波电容隔开，使整流电路由电容性负载变为电阻性负载。在功率因数校正电路中，其隔离型电路如图1-7所示。但这种电路结构不能实现输入与输出的电隔离。

图1-6常规开关电源输入电压与输入电流波形

图1-7基本隔离型PFC电路

图1-8电容输入的电路

新型低污染、高效率、低应力、低输出纹波开关电源主要包括EMI及浪涌吸收滤波电路，前级有源软开关功率因数校正电路，相移谐振软开关DC/DC变换电路及输出纹波抑制电路等。

一般开关电源的输入整流电路如图1-8所示，市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图1-9所示。这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：

式中，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。

谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变，将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变(TotalHarmonicDistortion，THD)其表达式为：

THD=

显然，无论是从电流的最小化还是减小对其他设备的干扰角度来看，对每个谐波设定限制可以更好地完成控制输入电流“污染”的任务。

（1）功率因数校正的基本原理

由功率因数PF==1可知，要提高功率因数，有两个途径：

①使输入电压、输入电流同相位。此时=1，所以所以PF=。

②使输入电流正弦化。即=I1(谐波为零),有/I1=1。

利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻，所以有的地方又把功率因数校正电路叫做电阻仿真器。

功率因数校正电路，基本上是一个AC/DC变换器。一个标准的变换器利用脉冲波宽度调变(PulseWidthModulation,PWM)来调整输入功率的大小，以供应适当的负载所需的功率，脉冲波宽度调变器控制切换开关(通常利用功率MOSFET来达成)将DC输入电压切成一串电压脉冲波，随后利用变压器和快速二极管将其转成平滑的DC电压输出，这个输出电压随即与一个参考电压(这个电压是电源供应器应该输出的标准电压值)做比较，所产生的电压差回馈至PWM控制器，利用这个误差电压信号来改变脉冲波宽度的大小，如果输出电压过高，脉冲波宽度会减小，进而使输出电压降低，以使输出电压回复至正常输出值。

PFC增加了一个更先进的器件，使得来自AC电源的电流是一个正弦波并且与AC电压同相位，此时误差电压信号的调变是由整流后的AC电压和输出电压的变化来控制，最后误差电压信号回馈至PWM控制器，也就是说当AC电压较高时PFC就从AC电源吸取较多的功率，反之若AC电压较低则吸取较少的功率，如此可以减少AC电流的谐波产生。

(2)PFC技术分类

功率因数校正电路分为有源和无源两类，无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到0.7～0.8，因而在中小功率电源中被广泛采用。无源PFC，电路的结构也较为简单，实际上是采用矽钢片制成的工频电感，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因数。无源PFC结构笨重，工作时常带有低频振动并引发低频噪声，相对于有源PFC电路，无源PFC的功率因数要低得多，一般只有70%左右。无源PFC固有的不可克服的缺点如下。

② 电源重量和体积增加。

④ 当电源功率超过300W以上，无源PFC，在材料成本及产品性能表现上将突出其不可克服的多种的缺陷。

有源功率因数校正电路自20世纪90年代以来得到了迅速推广，它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，使功率因数接近1。有源PFC具有体积小、重量轻的特点，通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。

有源PFC，可以达到较高的功率因数，通常可达98%以上，具有输入电压范围宽等优越的电气性能，但成本也相对较高。此外，有源PFC，还可用作辅助电源，因此在使用有源PFC中，往往不需要待机变压器，而且有源PFC，输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。与无源PFC类似，有源PFC，工作时也会产生噪声，只不过是高频噪声。相对于无源PFC，有源PFC复杂，成本较无源PFC，要高得多，有源PFC工作于高频开关状态，体积小、重量轻，比无源

功率因数校正电路效率高。主要应用于中高端电源产品。相对于无源PFC，有源PFC，具有的优点如下。

② 随着IC器件需求增加，成本将随之降低。

④ 功率因数接近完美的100%，使电力利用率极佳化，对环保有益。

关键词： 开关电源 功率因数校正 电网谐波 PFC