一． 功率因數校正" title="功率因數校正" target="_blank">功率因數校正原理
1．功率因數（PF）的定義
功率因數（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功率（S）的比值。即
UC3854的有源功率因數校正電路工作原理與應用" height="211" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/20100914/ec3ca792-01ab-4ca1-aece-64eae977d11d.jpg" width="530" />
所以功率因數可以定義為輸入電流失真系數（
）與相移因數（
）的乘積。
可見功率因數（PF）由電流失真系數（）和基波電壓、基波電流相移因數（）決定。低，則表示用電電器設備的無功功率大，設備利用率低，導線、變壓器繞組損耗大。同時，值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變，對電網造成污染，嚴重時，對三相四線制供電，還會造成中線電位偏移，致使用電電器設備損壞。
由于常規整流裝置常使用非線性器件（如可控硅、二極管），整流器件的導通角小于180o，從而產生大量諧波電流成份，而諧波電流成份不做功，只有基波電流成份做功。所以相移因數（）和電流失真系數（）相比，輸入電流失真系數（）對供電線路功率因數（PF）的影響更大。
為了提高供電線路功率因數，保護用電設備，世界上許多國家和相關國際組織制定出相應的技術標準，以限制諧波電流含量。如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2等標準，它們規定了允許產生的最大諧波電流。我國于1994年也頒布了《電能質量公用電網諧波》標準（GB/T14549-93）。
傳統的功率因數概念是假定輸入電流無諧波電流（即I1=Irms 或=1）的條件下得到的，這樣功率因數的定義就變成了PF =。
二．PF與總諧波失真系數（THD：The Total Harmonic Distortion）的關系
圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。
三.功率因數校正實現方法
由功率因數
可知，要提高功率因數，有兩個途徑：
1.使輸入電壓、輸入電流同相位。此時=1 ，所以PF= 。
2.使輸入電流正弦化。即Irms=I1（諧波為零），有
即；
從而實現功率因數校正。利用功率因數校正技術可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時整流器的負載可等效為純電阻，所以有的地方又把功率因數校正電路叫做電阻仿真器。
四.有源功率因數校正方法分類
1． 按有源功率因數校正電路結構分
（1）降壓式：因噪聲大，濾波困難，功率開關管上電壓應力大，控制驅動電平浮動，很少被采用。
（2）升/降壓式：需用二個功率開關管，有一個功率開關管的驅動控制信號浮動，電路復雜，較少采用。
（3）反激式：輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于150W以下功率的應用場合。
（4）升壓式（boost）：簡單電流型控制，PF值高，總諧波失真（THD）小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。適用于75W~2000W功率范圍的應用場合，應用最為廣泛。它具有以下優點：
1電路中的電感L適用于電流型控制。
2由于升壓型APFC的預調整作用在輸出電容器C上保持高電壓，所以電容器C體積小、儲能大。
3在整個交流輸入電壓變化范圍內能保持很高的功率因數。
4輸入電流連續，并且在APFC開關瞬間輸入電流小，易于EMI濾波。
5升壓電感L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。
UC3854是一種工作于平均電流的的升壓型（boost）APFC電路，它的峰值開關電流近似等于輸入電流，是目前使用最廣泛的APFC電路。
2．按輸入電流的控制原理分
（1）平均電流型：工作頻率固定，輸入電流連續（CCM），波形圖如圖1（a）所示。TI的UC3854就工作在平均電流控制方式。
這種控制方式的優點是：
1恒頻控制。
2工作在電感電流連續狀態，開關管電流有效值小、EMI濾波器體積小。
3能抑制開關噪聲。
4輸入電流波形失真小。
主要缺點是：
1控制電路復雜。
2需用乘法器和除法器。
3需檢測電感電流。
4需電流控制環路。
（2）滯后電流型。工作頻率可變，電流達到滯后帶內發生功率開關通與斷操作，使輸入電流上升、下降。電流波形平均值取決于電感輸入電流，波形圖如圖1（b）所示。
（3）峰值電流型。工作頻率變化，電流不連續（DCM），工作波形圖如圖1（c）所示。 DCM采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實現的優點，但存在以下缺點：
①功率因數和輸入電壓Vin與輸出電壓VO的比值
有關。即當Vin變化時，功率因數PF值也將發生變化，同時輸入電流波形隨的加大而THD變大。
②開關管的峰值電流大（在相同容量情況下，DCM中通過開關器件的峰值電流為 CCM的兩倍），從而導致開關管損耗增加。所以在大功率APFC電路中，常采用CCM方式。
（4）電壓控制型。工作頻率固定，電流不連續，工作波形圖如圖1（d）所示。
圖1 輸入電流波形圖
四．有源功率因數校正的實現
下面以常見的美國TI公司生產的APFC用集成電路UC3854介紹其性能特點、工作原理與典型應用電路。
1．UC3854控制集成電路
（1）UC3854引腳功能說明（參見圖3、圖4）。
UC3854 引腳功能如表1所示。
表1 UC3854的引腳（端）功能
| 引腳號 | 引腳符號 | 引腳功能 |
| (1) | GND | 接地端，器件內部電壓均以此端電壓為基準 |
| (2) | PKLMT | 峰值限定端，其閾值電壓為零伏與芯片外檢測電阻負端相連，可與芯片內接基準電壓的電阻相連，使峰值電流比較器反向端電位補償至零 |
| (3) | CA out | 電流誤差放大器輸出端，對輸入總線電流進行檢測，并向脈沖寬度調制器發出電流校正信號的寬帶運放輸出 |
| (4) | Isense | 電流檢測信號接至電流放大器反向輸入端，(4)引腳電壓應高于-0.5V（因采用二極管對地保護） |
| (5) | Mult out | 乘法放大器的輸出和電流誤差放大器的同相輸入端 |
| (6) | IAC | 乘法器的前饋交流輸入端，與B端相連，(6)引腳的設定電壓為6V，通過外接電阻與整 |
| (7) | VA out | 誤差電壓放大器的輸出電壓，這個信號又與乘法器A端相連，但若低于1V乘法器便無輸出 |
| (8) | VRMS | 前饋總線有效值電壓端，與跟輸入線電壓有效值成正比的電阻相連時，可對線電壓的變化進行補償 |
| (9) | VREF | 基準電壓輸出端，可對外圍電路提供10mA的驅動電流 |
| (10) | ENA | 允許比較器輸入端，不用時與+5V電壓相連 |
| (11) | V檢測 | 電壓誤差放大器反相輸入端，在芯片外與反饋網絡相連，或通過分壓網絡與功率因數校正器輸出端相連 |
| (12) | Rset | (12)端信號與地接入不同的電阻，用來調節振蕩器的輸出和乘法器的最大輸出 |
| (13) | SS | 軟啟動端，與誤差放大器同相端相連 |
| (14) | CT | 接對地電容器CT，作為振蕩器的定時電容 |
| (15) | Vcc | 正電源閾值為10V～16V |
| (16) | GTDRV | PWM信號的圖騰輸出端，外接MOSFET管的柵極，該電壓被鉗位在15V |
（2）UC3854中的前饋作用
UC3854的電路框圖和內部工作框圖如圖2、圖3所示。
圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。
在APFC電路中，整流橋后面的濾波電容器移到了整個電路的輸出端（見圖2、圖4中的電解電容C），這是因為Vin應保持半正弦的波形，而Vout需要保持穩定。
從圖3所示的UC3854工作框圖中可以看到，它有一個乘法器和除法器，它的輸出為
，而C為前饋電壓VS的平方，之所以要除C是為了保證在高功率因數的條件下，使APFC的輸入功率Pi不隨輸入電壓Vin的變化而變化。 工作原理分析、推導如下：
乘法器的輸出為
式中：Km表示乘法器的增益因子。
Kin表示輸入脈動電壓縮小的比例因子。
電流控制環按照Vin和電流檢測電阻Ro（參見圖2）建立了Iin。
Ki表示Vin的衰減倍數
將式（3）代入式（4）后有
如果PF=1 效率η=1有
由（6）可知：當Ve固定時，Pi、Po將隨V2in的變化而變化。而如果利用除法器，將Vin除以一個
可見在保證提高功率因數的前提下，Ve恒定情況下，Pi、Po不隨Vin的變化而變化。即通過輸入電壓前饋技術和乘法器、除法器后，可以使控制電路的環路增益不受輸入電壓Vin變化的影響，容易實現全輸入電壓范圍內的正常工作，并可使整個電路具有良好的動態響應和負載調整特性。
在實際應用中需要加以注意：前饋電壓中任何100 Hz紋波進入乘法器都會和電壓誤差放大器中的紋波疊加在一起，不但會增加波形失真，而且還會影響功率因數的提高。
前饋電路中前饋電容Cf（圖2、圖4中的Cf）的取值大小也會影響功率因數。如果Cf太小，則功率因數會降低，而Cf過大，前饋延遲又較大。當電網電壓變化劇烈時，會造成輸出電壓的過沖或欠沖，所以Cf 的取值應折中考慮。
（3）UC3854的典型應用電路原理圖如圖4所示。
圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。
圖4 UC3854典型應用電路原理圖
五．小結
通過以上的討論可以看出，由在APFC控制過程中，UC3854引入了前饋和乘法器、除法器，并且工作于平均電流的電流連續（CCM）工作方式，性能較優，使用效果較好，在實用中得到了廣泛應用。