PFC電路簡(jiǎn)介

　　PFC不是一個(gè)新概念了，在UPS電源要運(yùn)用地較多，而PC電源上很少見到PFC電路。PFC在PC電源上的興起，主要是源于CCC認(rèn)證，所有需要通過CCC認(rèn)證的電腦電源，都必須增加PFC電路。PFC就是“功功率因數(shù)校正”的意思，主要用來表征電子產(chǎn)品對(duì)電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高。

　　PC電源采用傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路會(huì)使AC輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注入大量的高次諧波，因此網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)不高，僅有0.6左右，并對(duì)電網(wǎng)和其它電氣設(shè)備造成嚴(yán)重諧波污染與干擾。早在80年代初，人們已對(duì)這類裝置產(chǎn)生的高次諧波電流所造成的危害引起了關(guān)注。1982年，國(guó)際電工委員會(huì)制訂了IEC55－2限制高次諧波的規(guī)范（后來的修訂規(guī)范是IEC1000－3－2），促使眾多的電力電子技術(shù)工作者開始了對(duì)諧波濾波和功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)的研究。電子電源產(chǎn)品中引入PFC電路，就可以大大提高對(duì)電能的利用效率。

　　PFC有兩種，一種是無源PFC（也稱被動(dòng)式PFC），一種是有源PFC（也稱主動(dòng)式PFC）。無源PFC一般采用電感補(bǔ)償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù)，但無源PFC的功率因數(shù)不是很高，只能達(dá)到0.7~0.8；有源PFC由電感電容及電子元器件組成，體積小，可以達(dá)到很高的功率因數(shù)，但成本要高出無源PFC一些。

　　有源PFC電路中往往采用高集成度的IC，采用有源PFC電路的PC電源，至少具有以下特點(diǎn)：

　　1） 輸入電壓可以從90V到270V；

　　2） 高于0.99的線路功率因數(shù)，并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點(diǎn)；

　　3） IC的PFC還可用作輔助電源，因此在使用有源PFC電路中，往往不需要待機(jī)變壓器；

　　4） 輸出不隨輸入電壓波動(dòng)變化，因此可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓；

　　5） 有源PFC輸出DC電壓紋波很小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。

　　單相pfc硬件電路設(shè)計(jì)方案（一）

　　采用BOOST+UCC28019+FPGA 輔助調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)

　　該方案的控制方法也是模擬控制方法。UCC28019 是TT 公司新近推出的一種功率因數(shù)校正芯片，該芯片采用平均電流模式對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行校正，使輸入電流的跟蹤誤差產(chǎn)生的簡(jiǎn)變小于1%，實(shí)現(xiàn)了接近于1的功率因數(shù)。UCC28019 組成的PFC 電路，輸出電壓可通過調(diào)節(jié)反饋電壓進(jìn)行改變。簡(jiǎn)單的外圍電路可對(duì)電壓環(huán)和電流環(huán)靈活補(bǔ)償。

　　系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖

　　BOOST和PFC的電路原理圖

　　本系統(tǒng)選擇了380V-220V 的隔離變壓器，大功率自耦調(diào)壓器。大容量整流橋MP256。繼電器選擇JZC-22F 用于過流時(shí)保護(hù)動(dòng)作開關(guān)。開關(guān)管選用場(chǎng)效應(yīng)管IRFP540，以及續(xù)流二極管、輸人電感。輸入濾波電容。輸出電容的選擇在下面分別進(jìn)行計(jì)算分析。

　　單相pfc硬件電路設(shè)計(jì)方案（二）

　　單項(xiàng)PFC電路結(jié)構(gòu)示意圖

　　基本原理分析

　　單相PFC電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由二極管橋式整流與Boost轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)而成，直流輸出電壓穩(wěn)定在400V.圖1中，1為交流側(cè)輸入電壓；i 為交流側(cè)輸入電流；為整流后全波電壓s’為電流參考輸入指令電壓i 為整流輸出電流;R 為檢流電阻+R，Rz 為分壓電阻；R，為滯環(huán)電阻1UR 為in 輸出的采樣電壓$u‘R 為比較器反向端輸入電壓；slo 為輸出直流電壓;tl.為滯環(huán)比較器輸出電壓;D2 為理想- 二極管（實(shí)際電路中沒有）ug為u。截止負(fù)反饋輸出電區(qū)。電路工作條件：輸入電壓u-（220土220X 100%）V，額定輸出電F 4（ 0V，額定輸出功率120W）。

　　單相pfc硬件電路設(shè)計(jì)方案（三）

　　本文采用功率因數(shù)校正集成電路UC3854，研制出 1.5KW單相PFC整流電源，其開關(guān)頻率為100kHz，該電源可用作一次通信開關(guān)電源的輸入整流電源。

　　主電路圖1

　　主電路采用升壓型變換電路，其原理圖如 圖1所示。控制電路采用功率因數(shù)校正集成電路UC3854，其原理圖如圖2所示。UC3854采用平均電流控制方式，該器件具有軟起動(dòng)特性，且具有較高的基準(zhǔn)電壓（7.5V）與振蕩器輸出幅值（5V），提高了器件的噪聲容限，特別適用于功率較大的場(chǎng)合。

　　對(duì)于大功率整流電源，S通常采用兩個(gè)MOSFET器件并聯(lián)，由于器件并聯(lián)，使得柵極輸入電容增大，從而導(dǎo)致柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)下降沿變緩，引起關(guān)斷時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)生較大的開關(guān)損失。本文采用柵極驅(qū)動(dòng)加速電路來提高器件的關(guān)斷速度，如圖3所示，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，三極管T飽和導(dǎo)通，加快了柵極電容的放電速度，從而提高了關(guān)斷速度，降低了關(guān)斷損耗。

　　起動(dòng)浪涌抑制 起動(dòng)前，V0=0，如突然通電，一方面會(huì)產(chǎn)生很大的起動(dòng)沖擊電流，另一方由于L，Co諧振，輸出電容的電壓可能充電到輸入電壓峰值的2倍，如輸入有效值電壓為260V，則輸出電壓V0可能達(dá)到730V。起動(dòng)產(chǎn)生的高壓和大電流將會(huì)引起開關(guān)管燒壞，必須抑制起動(dòng)浪涌電流。通?？刹捎脙煞N抑制起動(dòng)浪涌方法。一種方法是在輸入端串接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，這一方法一般在小功率電源中使用。另一種方法是采用在輸入電路電阻通過起動(dòng)，首先通過起動(dòng)電阻將輸出電容充電到電源峰值，然后利用繼電器短接電阻，再起動(dòng)UC3854。其電路圖如圖4所示。

　　欠壓、過壓保護(hù)在PFC整流電源中也很重要。如果欠壓，則為了輸出額定功率，必須具有過大的輸入電流，電流過大容易引起開關(guān)管發(fā)熱燒壞。如果過壓，因?yàn)檩敵鲭妷阂话銥?80V～400V，過高的輸入電壓峰值，使升壓電路功能喪失，則電流過沖，輸入電流諧波增大，功率因數(shù)降低。欠壓，過壓保護(hù)電路如圖5所示，其中上圖為過壓保護(hù)，下圖為欠壓保護(hù)。

　　UC3854內(nèi)部電路有一個(gè)電流反饋控制環(huán)。當(dāng)開關(guān)管的電流達(dá)到給定則截止，即開關(guān)管 每個(gè)開關(guān)周期都有限流保護(hù)。另外，UC3854還可以通過管腳2來抑制峰值電流。

　　單相pfc硬件電路設(shè)計(jì)方案（四）

　　開關(guān)充電器中的單級(jí)PFC電路

　　電動(dòng)車充電器的變換器工作在高頻狀態(tài)下，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，必須采取有效措施 （如功率因數(shù)校正或無功補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)），限制電動(dòng)車充電器變換器進(jìn)入電網(wǎng)的總諧波量。就目前而言，充電變換器必須滿足IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)或類似的標(biāo)準(zhǔn)。要滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同充電等級(jí)要求，充電器變換器可以選擇單級(jí)或兩級(jí)結(jié)構(gòu)的PFC電路與充電功能一體化的充電器。為了進(jìn)一步提高變換效率，在高頻下工作可以采用軟開關(guān)電路，以減少開關(guān)管的損耗。