功率因數校正(英文縮寫是PFC)是目前比較流行的一個專業術語。PFC是在20世紀80年代發展起來的一項新技術，其背景源于離線開關電源的迅速發展和熒光燈交流電子鎮流器的廣泛應用。PFC電路的作用不僅僅是提高線路或系統的功率因數，更重要的是可以解決電磁干擾(EMI)和電磁兼容(EMC)問題。
線路功率因數降低的原因及危害
導致功率因數降低的原因有兩個，一個是線路電壓與電流之間的相位角中，另一個是電流或電壓的波形失真。前一個原因人們是比較熟悉的。而后者在電工學等書籍中卻從未涉及。
功率因數(PF)定義為有功功率(P)與視在功率(S)之比值，即PF=P/S。對于線路電壓和電流均為正弦波波形并且二者相位角Φ時，功率因數PF即為COSΦ。由于很多家用電器(如排風扇、抽油煙機等)和電氣設備是既有電阻又有電抗的阻抗負載，所以才會存在著電壓與電流之間的相位角Φ。這類電感性負載的功率因數都較低(一般為0.5-0.6)，說明交流(AC)電源設備的額定容量不能充分利用，輸出大量的無功功率，致使輸電效率降低。為提高負載功率因數，往往采取補償措施。最簡單的方法是在電感性負載兩端并聯電容器，這種方法稱為并聯補償。
PFC方案完全不同于傳統的“功率因數補償”，它是針對非正弦電流波形而采取的提高線路功率因數、迫使AC線路電流追蹤電壓波形的瞬時變化軌跡，并使電流與電壓保持同相位，使系統呈純電阻性的技術措施。
長期以來，像開關型電源和電子鎮流器等產品，都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路來實現AC-DC轉換的。由于濾波電容的充、放電作用，在其兩端的直流電壓出現略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠非為零，與其最大值(紋波峰值)相差并不多。根據橋式整流二極管的單向導電性，只有在AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時，整流二極管才會因正向偏置而導通，而當AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上
的電壓時，整流二極管因反向偏置而截止。也就是說，在AC線路電壓的每個半周期內，只是在其峰值附近，二極管才會導通(導通角約為70°)。雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形，但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖，如圖l所示。這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成份，引起線路功率因數嚴重下降。若AC輸入電流基波與輸入電壓之間的位移角是Φ1，根據傅里葉分析，功率因數PF與電流總諧波失真(度)THD之間存在下面關系：
而是由二極管、電阻、電容和電感等無源元件組成。無源PFC電路有很多類型，其中比較簡單的無源PFC電路由三只二極管和兩只電容組成，如圖2所示。這種無源PFC電路的工作原理是：當50Hz的AC線路電壓按正弦規律由0向峰值Vm變化的1/4周期內(即在0
為提高線路功率因數，抑制電流波形失真，必須采用PFC措施。PFC分無源和有源兩種類型，目前流行的是有源PFC技術。
無源PFC電路
無源PFC電路不使用晶體管等有源器件，
一旦VD1和VD4導通，C1和C2再次被
充電，于是出現與正半周類似的情況，得到圖3所示的AC線路輸入電壓VAC和電流IAC波形。
從圖3可以看出，采用無源PFC電路取代單只電容濾波，整流二極管導通角明顯增大(大于120°)，AC輸入電流波形會變得平滑一些。在選擇C1=C2=10μF/400V的情況下，線
路功率因數可達0.92~0.94，三次電流諧波僅約12％，五次諧波約18％，總諧波失真THD約28~30％。但是，這種低成本的無源PFC電路的DC輸出電壓紋波較大，質量較差，數值偏低(僅約240V)，電流諧波成份并不能完全達到低畸變要求。當其應用于電子鎮流器時，因其DC輸出電壓脈動系數偏大，燈電流波峰比達2以上，超出1.7的限制要求。欲提高無源PFC的效果，電路則變得復雜，人們理所當然地會選擇有源PFC方案。
有源PFC升壓變換器
有源PFC電路相當復雜，但半導體技術的發展為該技術的應用奠定了基礎。基于功率因數控制IC的有源PFC電路組成一個DC-DC升壓變換器，這種PFC升壓變換器被置于橋式整流器和一只高壓輸出電容之間，也稱作有源PFC預調節器。有源PFC變換器后面跟隨電子鎮流器的半橋逆變器或開關電源的DC-DC變換器。有源PFC變換器之所以幾乎全部采用升壓型式，主要是在輸出功率一定時有較小的輸出電流，從而可減小輸出電容器的容量和體積，同時也可減小升壓電感元件的繞組線徑。
這種PFC升壓變換器的工作原理如下：當接通AC線路后，由于電容C1容值僅為0.1~0.22 μ F，只用作高頻旁路，故橋式整流輸出為100Hz的正弦半波脈動電壓(V
PFC變換器有不同的分類方法。按通過升壓電感元件電流的控制方式來分，主要有連續導通模式(CCM)、不連續導通模式(DCM)及介于CCM與DCM之間的臨界或過渡導通模式(TCM)三種類型。不論是哪一種類型的PFC升壓變換器，都要求其DC輸出電壓高于最高AC線路電壓的峰值。在通用線路輸入下，最高AC線路電壓往往達270V，故PFC變換器輸出DC電壓至少是380V(270V√2V)，通常都設置在400V的電平上。
工作在CCM的PFC變換器，輸出功率達500W以上乃至3kW,在DCM工作的PFC變換器，輸出功率大多在60~250W，應用比較廣泛，故在此作重點介紹。
工作于DCM的有源PFC升壓變換器控制IC有幾十種型號，如ST公司生產的L6560、西門子公司生產的TDA4817/TDA4862、摩托羅拉公司生產的MC33261/MC34261、三星公司生產的KA7524/KA7526、硅通公司生產的
SG3561等。其中，L6560、KA7524/KA7526和MC33261等，在國內直接可以采購，應用比較廣泛。這些器件全部采用8引腳DIP或SO封裝，芯片電路組成大同小異，其基本組成包括以電壓誤差放大器為中心的電壓控制環路和以一象限乘法器、電流感測比較器及零電流檢測器等構成的電流控制環路。圖4示出了DCM升壓型PFC控制IC的內部結構及由其組成的預變換器電路。
R)，亦即AC半正矢。通過電阻R3的電流對電容C3充電，
當C3上的電壓升至IC的啟動門限(大多為11V左右)以上時，接通IC電源電壓(VCC)，IC開始工作，并驅動PFC開關VT1動作。一旦PFC升壓變換器進入正常運行狀態，升壓電感器T1的次級繞組則感生高頻脈沖信號，經二極管VD5整流和電容C3濾波，為IC提供工作電壓和電流。橋式整流后的AC輸入電壓，經R1和R2組成的電阻分壓器分壓，作為乘法器的一個輸入(VM1)。升壓變換器的DC輸出電壓，在
電阻分壓器下部電阻R9上的分壓信號，反饋到IC誤差放大器的反相輸入端，并與誤差放大器同相輸入端上的參考電壓VREF比較，產生一個DC誤差電壓VEAO，也輸入到乘法器。乘法器的輸出VMO是兩個輸入(VM1和VM2)的結果，作為IC電流感測比較器的參考。當IC驅動VT1導通時，升壓二極管VD6截止，流過L的電流從0沿斜坡線性增加，并全部通過VT1和地回復。一旦IL在開關周期內達到峰值，VT1上的驅動PWM脈沖變為零電平，VT1截止，電感器L中的儲能使VD6導通，通過L的電流IL，沿向下的斜坡下降。一旦IL降為零，L的次級繞
組產生一個突變電勢被IC的零電流檢測器接收，IC產生一個新的輸出脈沖驅動VT1再次導通，開始下一個開關周期。IC的電流檢測邏輯電路同時受零電流檢測器和電流傳感比較器的控制，可確保在同一時刻IC只輸出一種狀態的驅動信號。VT1源極串聯電阻R7用作感測流過VT1的電流。只要R7上的感測電壓超過電流傳感比較器的觸發門限電平，PFC開關VT1則截止。當AC線路電壓從零按正弦規律變化時，乘法器輸出VMO為比較器建立的門限強迫通過L的峰值電流跟蹤AC電壓的軌跡。在各個開關周期內電感峰值電流形成的包跡波，正比于AC輸入電壓的瞬時變化，呈正弦波波形。在兩個開關周期之間，有一個電流為零的點，但沒有死區時間，從而使AC電流通過橋式整流二極管連續流動(二極管的導通角幾乎等于180°)，整流平均電流即為AC輸人電流(為電感峰值電流的1/2)，呈正弦波波形，且與AC線路電壓趨于同相位，因而線路功率因數幾乎為1(通常為0.98~0.995)，電流諧波含量符合IEC1000-3-2標準的規定要求。與此同時，由于PFC電壓控制環路的作用，PFC變換器輸出經提升的穩壓DC電壓，紋波很大，頻率為100Hz，同樣為正弦波。其控制原理與開關電
宜，無源PFC電路目前很少被人們采用。
有源PFC預變換器越來越多地被用于熒光燈和高壓鈉燈及金鹵燈電子鎮流器、高端AC-DC適配器/充電器和彩電、臺式PC、監視器及各種服務器開關電源前端，以符合IEC1000-3-2等標準要求。此外，有源PFC技術還被用于電機調速器等產品中。
圖8示出了采用有源PFC升壓變換器的2×40W雙管熒光燈電子鎮流器電路。AC線路輸入端L1、C1與C2及C3和C4組成EMI濾波器，PFC控制器KAT7524、磁性元件T1、功率開關VT1、升壓二極管VD2及輸出電容器C10等，組成有源PFC升壓變換器，磁環脈沖變壓器T2．功率開關VT3和VT2及R14、C11和雙向觸發二極管D1AC(DB3)組成的振蕩啟動電路構成半橋逆變器電路，12、C12和L3、C13組成LC串聯諧振(燈啟動)電路。由于采用了有源PFC升壓變換器電路，電子鎮流器在AC線路電壓為220V額定條件下，變換器效率達96％，輸入線路功率因數PF≥0.993，AC輸入電流總諧波失真THD≤10.99％，其中二次諧波為0.51％，三次諧波為9.6％，五次諧波為4.7％，七次諧波為1.46％。電子鎮流器AC輸入電壓總諧波含量為4.23％。
有源PFC升壓變換器在開關電源應用中，為減少電路元件數量和印制電路板(PCB)空間，提高功率密度，大多是將PFC控制電路與PWM控制器組合在一起，集成到同一芯片上，從而提高了開關電源的性能價格比，同時也簡化了設計。
CCM功率因數控制器IC的代表性產品有UC1854、ML4821，LT1248、LT1249、L4981和NCP1650等，這些IC大多采用16引腳封裝，其共同特征之一是內置振蕩器。像開關電源用PWM/PFC組合IC(如ML4803和CM6800等)中的PFC電路，全部屬于CCM平均電流這一類型。
源一樣，其DC輸出電壓在90~270V的AC輸入電壓范圍內保持不變。
在DCM下工作的PFC升壓變換器相關電壓和電流波形如圖5所示，圖6為AC線路輸入電壓和電流波形。
事實上，工作于DCM的PFC升壓變換器開關頻率不是固定的。在AC輸入電壓從0增大的峰值時，開關頻率逐漸降低。在峰值AC電壓附近，開關周期最大，而頻率最低。
在連續模式(CCM)下工作的PFC升壓變換器采用固定頻率高頻PWM電流平均技術。這類變換器的開關占空比是變化的，但開關周期相同。通過升壓電感器和PFC開關MOSFET的電流在AC線路電壓的半周期之內(即0
應用簡介
無源PFC電路主要用于40W以下電子鎮流器中。由于有源PFC控制IC價格比較便
PFC電路詳解.pdf
