反激式控制器將有源PFC功能電路整合在單級(jí)轉(zhuǎn)換器

　　任何依靠交流電源工作的電源系統(tǒng)都具有一個(gè)相關(guān)的功率因數(shù)，該功率因數(shù)被定義為其從交流電源吸收電流的方式。AC 電力系統(tǒng)的功率因數(shù)被定義為流至負(fù)載的有功功率 (real power) 與視在功率 (apparent power) 的比值，是一個(gè)介于 0 和 1 之間的無(wú)單位數(shù)值。有功功率是電路在特定時(shí)間執(zhí)行任務(wù)的能力。視在功率則是電路的電流與電壓之乘積。由于非線性負(fù)載 (它會(huì)使從電源吸收的電流波形產(chǎn)生失真) 的原因，視在功率將大于有功功率。

　　在一個(gè)電力系統(tǒng)中，與一個(gè)具有高功率因數(shù)的負(fù)載相比，在所傳輸?shù)挠杏霉β氏嗤那闆r下，一個(gè)具有低功率因數(shù)的負(fù)載吸收更大的電流。因?yàn)樗璧碾娏鬏^高，所以在配電系統(tǒng)中損失的能量也增加了，這反過(guò)來(lái)又需要更粗的導(dǎo)線和其他傳輸設(shè)備。較大的設(shè)備和能源浪費(fèi)增加了成本，所以電力公司往往對(duì)功率因數(shù)較低的客戶收取較高的費(fèi)用。

　　此外，電源的功率因數(shù)還會(huì)對(duì) AC-DC 電源產(chǎn)生在交流電源上的諧波造成影響，因此，為不帶功率因數(shù)校正功能的 AC-DC 電源之負(fù)載配電時(shí)，電力公司面臨重大難題。此類電源是非線性負(fù)載，它們：

• 　　會(huì)使 AC 波形失真
• 　　會(huì)引起諧波電流，此諧波電流會(huì)影響同一根電力線上其他設(shè)備的操作
• 　　會(huì)由于中線過(guò)熱而引發(fā)火災(zāi)
• 　　會(huì)導(dǎo)致電源變壓器承受過(guò)大的應(yīng)力和縮短壽命
• 　　會(huì)導(dǎo)致 AC 電源發(fā)生器過(guò)載

　　自上世紀(jì) 80 年代起，歐盟決定將解決這些問(wèn)題的重?fù)?dān)交給采用 AC-DC 電源之產(chǎn)品的制造商。從那以后，用于限制相關(guān)產(chǎn)品在電力線頻率的諧波 (整數(shù)倍) 上可以吸收之電流值的標(biāo)準(zhǔn)幾經(jīng)修改。最終，形成了 IEC61000-3-2市電線路諧波電流輻射標(biāo)準(zhǔn)分類，如表 1 所示。

　　表 1：IEC 61000-3-2 分類

　　

　　如圖 1 所示，典型的離線式電源利用一個(gè)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的二極管電橋給交流電源線加載。該負(fù)載是非線性的 (因?yàn)樗饕o一個(gè)電容器充電)，而且此類負(fù)載只在正弦線路電壓的峰值期間吸收電流，因而產(chǎn)生了會(huì)引起電源線諧波的線路輸入電流峰值。

　　圖 1：開(kāi)關(guān)電源輸入電路

　　功率因數(shù)校正 (PFC)

　　改善功率因數(shù)的方法之一是采用一個(gè)濾波器。這通常被稱為“無(wú)源 PFC”。可以設(shè)計(jì)一種只傳遞位于市電線路頻率 (例如：50Hz 或 60Hz) 之電流的濾波器。這種濾波器一般用于低功率要求并可減小諧波電流，這意味著非線性器件此時(shí)看似一個(gè)線性負(fù)載，而且能根據(jù)需要采用電容器或電感器以使功率因數(shù)接近 1。不過(guò)，此類濾波器需要采用大數(shù)值的高電流電感器，而這種電感器既笨重又昂貴。

　　有源 PFC

　　有源 PFC 是一種用于控制負(fù)載所吸取的無(wú)功功率之的電力電子系統(tǒng)，旨在獲得盡可能接近 1 的功率因數(shù)。在大多數(shù)應(yīng)用中，有源 PFC 負(fù)責(zé)控制負(fù)載的輸入電流，以使電流波形與交流電源電壓波形 (正弦波) 成比例。有源 PFC 功能電路通常包括一個(gè)附加的開(kāi)關(guān)升壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，該功率級(jí)需要一個(gè)控制 IC、開(kāi)關(guān) MOSFET和電源電感器。有源 PFC 使電壓和電流幾乎同相，而且無(wú)功功率損耗接近于零。這就能最高效地將電能從電力公司傳送給用戶。圖 2 示出了未采用 PFC 和采用有源 PFC (1.0) 時(shí)至離線式開(kāi)關(guān)電源的電流波形。

　　圖 2：采用和未采用有源 PFC 時(shí)的 AC 電壓和電流波形 (對(duì)于一個(gè)容性負(fù)載)