有源功率因数校正
• 根据APFC拓扑分类
• 降压式 • 升/降压式 • 反激式 • 升压式
有源功率因数校正
• 降压式
这种电路的主要优点是：开关管所受的最大电压为输人电压的最大值，因此 开关管的电压应力较小;当后级短路时，可以利用开关管实现输出短路保护。 该电路的主要缺点是：由于只有在输人电压高于输出电压时，该电路才能工 作，所以在每个正弦周期中，该电路有一段因输人电压低而不能正常工作，输出 电压较低，在相同功率等级时，后级DC/DC变换器电流应力较大;开关管门极驱动 信号地与输出地不同，驱动较复杂，加之输人电流断续，功率因数不可能提高很 多，因此很少被采用。
有源功率因数校正
•Байду номын сангаас升降压式
该电路的优点是：既可对输人电压升压又可以降压，因此在整个输入正弦周期都可以 连续工作;该电路输出电压选择范围较大，可根据一级的不同要求设计;利用开关管可实现 输出短路保护。 该电路的主要缺点有：开关管所受的电压为输入电压与输出电压之和，因此开关管的 电压应力较大;由于在每个开关周期中，只有在开关管导通时才有输入电流，因此峰值电流 较大;开关管门极驱动信号地与输出地不同，驱动比较复杂;输出电压极性与输入电压极性 相反，后级逆变电路较难设计，因此也采用得较少。
有源功率因数校正
• 有源功率因数校正(APFC)电路是在整流器和负载之间接入 一个DC/DC开关变换器,应用电压电流反馈技术,使输入端 电流波形跟随输入正弦电压波形,从而使输入电流的波形 也接近正弦波,以达到提高功率因数的目的.由于在此电路 中使用了有源器件,所以称为有源功率因数校正电路。
图1 有源功率因数校正原理
有源功率因数校正
有源功率因数校 正
小组成员：徐勇、常惜阳、付美真、王启龙、王嘉 炜、陈玉民、管红立、瞿林飞、田小龙、王彦刚
有源功率因数校正
• 概述 • 分类

根据APFC拓扑分类 根据输入电压不同分类 根据电感电流控制方式分类
• 总结
有源功率因数校正
功率因数校正技术包括无源功率因数校正和有 源功率因数校正. 无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成, 只能将功率因数提高到0.7~0.8,一般应用在中小功 率电源中. 有源功率因数校正电路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,能够使功率 因数提高到接近1,它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,从20世纪 80年代中后期开始成为电力电子领域研究的热点,90 年代后得到了迅速推广.
有源功率因数校正
• 连续导通模式(CCM)
CCM模式下的电流控制是目前应用最多的控制方式。它是将输入电压 信号与输出电压误差信号相乘后作为电流控制器的电流给定信号，电流 控制器控制输入电流按给定信号变化，CCM模式根据反馈电流，产生了三 种常用的控制方法：峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制。 CCM方式的APFC工作在连续导通模式,相对于DCM,CCM具有以下优点: •输入和输出电流纹波小; •器件导通损耗小; •适用于大功率应用场合。
图3 单极PFC方案
有源功率因数校正
• 单极PFC
该方案与传统的两级电路相比省掉了一个MOSFET, 增加 了一个二极管, 集功率因数校正和输出隔离、 电压稳定于一 体, 结构简单, 效率高. 但分析和控制复杂, 适用于单一集中式 电源系统。
它的输入电流有些畸变, 但仍能满足电流谐波含量的要 求。 另外，单极PFC还存在储能电容上电压高的问题。
有源功率因数校正
• 根据输入电压不同分类
• 三相 两级 PFC • 单相 单级 PFC
有源功率因数校正
• 三相PFC
三相 PFC有输入功率高等优点, 然而它又存在三相之间耦 合问题的严重缺点, 控制机理复杂, 研究难度大, 所以单相 PFC 的研究较多并相对成熟。
有源功率因数校正
• 两级 PFC
有源功率因数校正
• 反激式
反激式的输出与输入隔离,输出电压可以任意选择,采用简单电压型控制,适用于150W以 下功率的应用场合。
有源功率因数校正
• 升压式
升压式是简单的电流型控制,PF值高、DTH小、效率高,但是输出电压高于输入电压, 适 用于 75~2000W功率范围的应用场合。 升压式APFC具有以下优点: 1)电路中的电感 L适用于电流型控制; 2)由于升压型APFC的预调整作用在输出电容器上保持高电压,所以电容器体积小、储能大; 3)在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数; 4)当输入电流连续时, 易于EMI滤波; 5)升压电感L能阻止快速的电压、电流瞬变, 因而可提高电路工作的可靠性. 因此, 目前升压式有源功率校正电路应用最为广泛。
正激 反激等
有源功率因数校正
• 两级 PFC 两级 PFC虽然功率因数校正效果不错, 但由于用 Boost升 压的电路母线电压高于输入电压峰值, 电容电压过高。另外, 由于两级传输,使得控制复杂, 传输效率低, 成本也较高。
有源功率因数校正
• 单级PFC
单极PFC将前置级 Boost电路和后随级反激或正激变换器 环节 MOSFET公用, 如图 3所示。
有源功率因数校正
• 根据电感电流控制方式分类
• 不连续导通模式(DCM) 恒频控制 变频控制 等面积控制 直接电流控制 • 连续导通模式(CCM) 峰值电流控制 平均电流控制 滞环电流控制
间接电流控制 • 临界或过渡导通模式(TCM)
有源功率因数校正
• 不连续导通模式(DCM)
DCM的控制又称电压跟踪方法, 可以采用恒频、变频、等面积等多种方式。 它工作在不连续导通模式, 用电压跟随器的方法来实现 APFC, 采用此方法比较简 单、方便, 但开关峰值电流大,由此导致通态损耗增加. 同时,功率因数与输入和输出电压的比值有关, 当输入电压变化时, 功率因数也 将发生变化, 因此, DCM方式的APFC电路很少被采用。
两级 PFC方案如图 2所示. 所谓两级, 指的是 PFC前置级和 DC /DC后随级。 PFC前置级使输入电流跟随输入电压, 实现功率因数校正; DC /DC后随级实现隔离和降压。 其优点是每级电路可单独分析、 设计和控制, 特别适合 作为分布式电源系统的前置级。
Buck Boost（常用） Buck -Boost 图2 两级PFC方案
有源功率因数校正
• 临界或过渡导通模式(TCM)
相对于CCM来说,TCM方式的输入电流, 输出电压的纹波 比较大, 因而对开关的冲击较大, 同时开关的导通损耗也比较 大.
有源功率因数校正
总结
• 在功率因数校正中,CCM模式中直接电流控制依然是该领域 发展的主流,适用于对系统性能指标和快速性要求较高的大 功率场合. • 但同时DCM模式以及电压控制方式也将成为研究的方向. • 而简化控制策略、降低PFC成本、提高响应速度、降低器件 开关应力、提高整机效率是大家共同追求的目标. • 对新拓扑结构、新控制策略的研究将成为重点. • 另外,将有源功率因数和无源功率因数校正技术相结合的部 分有源功率因数校正技术也会成为一个重要的研究方向. • 在有源功率因数校正技术中,各种控制策略都有自身的优缺 点,因而将各种控制策略同时运用,相互补充,也是有源功率 因数校正技术发展的一个重要方向.