什么是PFC電路

　　PFC就是功率因數(shù)校正的意思，主要用來(lái)表征電子產(chǎn)品對(duì)電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說(shuō)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(lái)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(kāi)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(wú)源PFC（也稱被動(dòng)式PFC），一種是有源PFC（也稱主動(dòng)式PFC）。無(wú)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(lái)提高功率因數(shù)，但無(wú)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(wú)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。

　　開(kāi)關(guān)電源中PFC電路的作用

　　PFC的英文全稱為“PowerFactorCorrecTIon”，意思是“功率因數(shù)校正”，功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因素值越大，代表其電力利用率越高。帶PFC的開(kāi)關(guān)電源成本也相對(duì)高一些。

　　開(kāi)關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會(huì)造成交換功率的損失，此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，被動(dòng)式PFC（也稱無(wú)源PFC）和主動(dòng)式PFC（也稱有源式PFC）。

　　被動(dòng)式PFC一般分“電感補(bǔ)償式”和“填谷電路式（ValleyFillCircuit）”，“電感補(bǔ)償方法”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數(shù)，被動(dòng)式PFC包括靜音式被動(dòng)PFC和非靜音式被動(dòng)PFC。被動(dòng)式PFC的功率因數(shù)只能達(dá)到0.7～0.8，它一般在高壓濾波電容附近。

　　開(kāi)關(guān)電源pfc工作原理

　　在上世紀(jì)80年代起，用電器具大量的采用效率高的開(kāi)關(guān)電源，由于開(kāi)關(guān)電源都是在整流后用一個(gè)大容量的濾波電容，使該用電器具的負(fù)載特性呈現(xiàn)容性，這就造成了交流220V在對(duì)該用電器具供電時(shí)，由于濾波電容的充、放電作用，在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠(yuǎn)非為零，與其最大值（紋波峰值）相差并不多。根據(jù)整流二極管的單向?qū)щ娦裕�只有在AC線路電壓瞬時(shí)值高于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管才會(huì)因正向偏置而導(dǎo)通，而當(dāng)AC輸入電壓瞬時(shí)值低于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管因反向偏置而截止。也就是說(shuō)，在AC線路電壓的每個(gè)半周期內(nèi)，只是在其峰值附近，二極管才會(huì)導(dǎo)通。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2所示。這種嚴(yán)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(shù)嚴(yán)重下降。

　　在正半個(gè)周期內(nèi)（1800），整流二極管的導(dǎo)通角大大的小于1800甚至只有300-700，由于要保證負(fù)載功率的要求，在極窄的導(dǎo)通角期間會(huì)產(chǎn)生極大的導(dǎo)通電流，使供電電路中的供電電流呈脈沖狀態(tài)，它不僅降低了供電的效率，更為嚴(yán)重的是它在供電線路容量不足，或電路負(fù)載較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的交流電壓的波形畸變（圖3），并產(chǎn)生多次諧波，從而，干擾了其它用電器具的正常工作（這就是電磁干擾-EMI和電磁兼容-EMC問(wèn)題）。

　　圖2：

　　自從用電器具從過(guò)去的感性負(fù)載（早期的電視機(jī)、收音機(jī)等的電源均采用電源變壓器的感性器件）變成帶整流及濾波電容器的容性負(fù)載后，其功率因素補(bǔ)償?shù)暮�義不僅是供電的電壓和電流不同相位的問(wèn)題，更為嚴(yán)重的是要解決因供電電流呈強(qiáng)脈沖狀態(tài)而引起的電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）問(wèn)題。

　　這就是在上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)（其背景源于開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用）。其主要目的是解決因容性負(fù)載導(dǎo)致電流波形嚴(yán)重畸變而產(chǎn)生的電磁干擾（EMl）和電磁兼容（EMC）問(wèn)題。所以現(xiàn)代的PFC技術(shù)完全不同于過(guò)去的功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，它是針對(duì)非正弦電流波形畸變而采取的，迫使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時(shí)變化軌跡，并使電流和電壓保持同相位，使系統(tǒng)呈純電阻性技術(shù)（線路電流波形校正技術(shù)），這就是PFC（功率因數(shù)校正）。

　　所以現(xiàn)代的PFC技術(shù)完成了電流波形的校正也解決了電壓、電流的同相問(wèn)題。

　　圖3

　　于以上原因，要求用電功率大于85W以上（有的資料顯示大于75W）的容性負(fù)載用電器具，必須增加校正其負(fù)載特性的校正電路，使其負(fù)載特性接近于阻性（電壓和電流波形同相且波形相近）。這就是現(xiàn)代的功率因數(shù)校正（PFC）電路。

　　容性負(fù)載的危害

　　下面的圖4是不用濾波電容的半波整流電路，圖5是用了大容量濾波電容的半波整流電路。我們根據(jù)這兩個(gè)電路來(lái)分析兩電路中電流的波形。

　　圖4

　　圖4A中D是整流管，R是負(fù)載。圖4B是該電路接入交流電時(shí)電路中電壓、電流波形圖，

　　在（00～1800）t0~t3時(shí)間：t1時(shí)間電壓為零電流為零，在t1時(shí)間電壓達(dá)到最大值電流也達(dá)到最大值，在t3時(shí)間電壓為零電流為零。（二極管導(dǎo)通1800）

　　在（1800～3600）t3~t4：時(shí)間：二極管反偏無(wú)電壓及電流。（二極管截止）

　　在（3600～5400）t4～t6時(shí)間：t4時(shí)間電壓為零電流為零，在t5時(shí)間電壓達(dá)到最大值電流也達(dá)到最大值，在t6時(shí)間電壓為零電流為零。（二極管導(dǎo)通1800）

　　結(jié)論：在無(wú)濾波電容的整流電路中，供電電路的電壓和電流同相，二極管導(dǎo)通角為1800，對(duì)于供電線路來(lái)說(shuō)，該電路呈現(xiàn)純阻性的負(fù)載特性。

　　圖5

　　圖5A中D是整流管，R是負(fù)載，C是濾波電容。圖5B是該電路接入交流電時(shí)電路中電壓、電流波形圖。

　　在（00～1800）t0～t3時(shí)間：t1時(shí)間電壓為零電流為零，在t1時(shí)間電壓達(dá)到最大值電流也達(dá)到最大值，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)負(fù)載R供電的同時(shí)還要對(duì)電容C進(jìn)行充電，所以電流的幅度比較大。在t1時(shí)間由于對(duì)電容C進(jìn)行充電，電容上電壓Uc達(dá)到輸入交流電的峰值，由于電容上電壓不能突變，使在t1~t3期間，二極管右邊電壓為Uc，而左邊電壓在t2時(shí)間電壓由峰值逐漸下降為零，t1~t3期間二極管反偏截止，此期間電流為零。（增加濾波電容C后第一個(gè)交流電的正半周，二極管的導(dǎo)通角為900）

　　在（1800～3600）t3～t4時(shí)間：二極管反偏無(wú)電壓及電流。（二極管截止）

　　在（3600～4100）t4～t5時(shí)間：由于在t3~t4時(shí)間二極管反偏，不對(duì)C充電，C上電壓通過(guò)負(fù)載放電，電壓逐漸下降（下降的幅度由C的容量及R的阻值大小決定，如果C的容量足夠大，而且R的阻值也足夠大，其Uc下降很緩慢。）在t4~t5期間盡管二極管左邊電壓在逐步上升，但是由于二極管右邊的Uc放電緩慢右邊的電壓Uc仍舊大于左邊，二極管仍舊反偏截止。

　　在（4100～5400）t5～t7時(shí)間：t5時(shí)間二極管左邊電壓上升到超過(guò)右邊電壓二極管導(dǎo)通對(duì)負(fù)載供電并對(duì)C充電，其流過(guò)二極管的電流較大，到了t6時(shí)間二極管左邊電壓又逐步下降，由于Uc又充電到最大值，二極管在t6~t7時(shí)間又進(jìn)入反偏截止。

　　結(jié)論：在有濾波電容的整流電路中，供電電路的電壓和電流波形完全不同，電流波形;在短時(shí)間內(nèi)呈強(qiáng)脈沖狀態(tài)，極管導(dǎo)通角小于1800（根據(jù)負(fù)載R和濾波電容C的時(shí)間常數(shù)而決定）。該電路對(duì)于供電線路來(lái)說(shuō)，由于在強(qiáng)電流脈沖的極短期間線路上會(huì)產(chǎn)生較大的壓降（對(duì)于內(nèi)阻較大的供電線路尤為顯著）使供電線路的電壓波形產(chǎn)生畸變，強(qiáng)脈沖的高次諧波對(duì)其它的用電器具產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。

　　怎樣進(jìn)行功率因素校正

　　我們目前用的電視機(jī)由于采用了高效的開(kāi)關(guān)電源，而開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部電源輸入部分，無(wú)一例外的采用了二極管全波整流及濾波電路，如圖6A，其電壓和電流波形如圖6B

　　圖6

　　為了抑止電流波形的畸變及提高功率因數(shù)，現(xiàn)代的功率較大（大于85W）具有開(kāi)關(guān)電源（容性負(fù)載）的用電器具，必須采用PFC措施，PFC有;有源PFC和無(wú)源PFC兩種方式。

　　目前部分CRT廠家對(duì)部分電視機(jī)的改進(jìn)

　　不使用晶體管等有源器件組成的校正電路。一般由二極管、電阻、電容和電感等無(wú)源器件組成，向目前國(guó)內(nèi)的電視機(jī)生產(chǎn)廠對(duì)過(guò)去設(shè)計(jì)的功率較大的電視機(jī)，在整流橋堆和濾波電容之間加一只電感（適當(dāng)選取電感量），利用電感上電流不能突變的特性來(lái)平滑電容充電強(qiáng)脈沖的波動(dòng)，改善供電線路電流波形的畸變，并且在電感上電壓超前電流的特性也補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數(shù)、電磁兼容和電磁干擾得以改善，如圖7。

　　圖7