功率因數校正電路的原理、作用-KIA MOS管

功率因數校正

功率因數校正(Power Factor Correction)，用來表示電子產品對電能的利用效率。功率因數越高，說明電能的利用效率越高。

功率因數表示電源輸出有功功率的能力。功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統里則要復雜些：即有部分交流電流在負載里循環不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率（電壓Volt乘電流Amps）大于實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實際功率與視在功率的比值。

功率因數校正電路原理

PFC電路的工作原理是通過調整輸入電流的波形，使其與輸入電壓的波形盡可能一致，從而減少諧波成分，提高功率因數。

PFC電路關鍵部分：

1.整流電路：將交流電轉換為直流電。由于整流電路的非線性特性，輸入電流會呈現脈沖狀，導致電流波形畸變，功率因數下降。

2.濾波電路：通常使用大電容進行濾波，但會導致電流波形進一步畸變。

3.PFC控制電路：通過控制輸入電流的波形，使其接近正弦波并與電壓同相位。這通常通過調整開關管的導通時間來實現。

無源PFC和有源PFC

PFC有兩種，一種是無源PFC（也稱被動式PFC），一種是有源PFC（也稱主動式PFC）。

無源PFC：使用二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成。優點是成本低，但效果有限，通常只能用于簡單的應用場景。

在整流橋堆和濾波電容之間加一只電感（適當選取電感量），利用電感上電流不能突變的特性來平滑電容充電強脈沖的波動，改善供電線路電流波形的畸變，并且利用電感上電壓超前電流的特性也補償濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數、電磁兼容和電磁干擾得以改善，如下圖所示。

功率因數校正電路

此種方式還不能稱為真正的無源PFC電路，只是一種簡單的補償措施，可以應用在前期設計的無PFC功能的設備上，簡單的增加一個合適的電感（適當選取L和C的值），從而達到具有抑制電流瞬時突變的目的；但是這種簡單的、低成本的補救方法，輸出紋波較大，濾波電容兩端的直流電壓也較低，電流畸變的校正及功率因數補償的能力都很差，而且L的繞制及鐵芯的質量控制不好，會對圖像及伴音產生嚴重的干擾，只能是對于前期無PFC設備使之能進入市場的臨時措施。

有源PFC：使用晶體管等有源器件，通過更復雜的控制策略來調整輸入電流波形。優點是效果更好，適用于對功率因數要求較高的場合，但成本較高，設計復雜。

在220V整流橋堆后去掉濾波電容（以消除因電容充電造成的電流波形畸變及相位變化），由一個“斬波”電路把脈動的直流變成高頻（約100kHz）交流經過整流濾波后，其直流電壓再向常規的PWM開關穩壓電源供電，其過程AC→DC→AC→DC。

功率因數校正電路

有源PFC電路的基本原理是在開關電源的整流電路和濾波電容之間增加一個DC－DC的斬波電路，如圖所示（斬波電路等于附加一個開關電源）。對于供電線路來說，該整流電路輸出沒有直接接濾波電容，所以其對于供電線路來說呈現的是純阻性的負載，其電壓和電流波形同相、相位相同。斬波電路的工作也類似于一個開關電源，所以說有源PFC開關電源就是一個雙開關電源的開關電源電路，它是由斬波器和穩壓開關電源組成的。

功率因數校正電路