1. PFC簡(jiǎn)介

PFC(Power Factor Correction)又稱(chēng)功率因數(shù)矯正，主要是對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使其與輸入電壓波形同步，提高功率因數(shù)，減少諧波含量，是能夠解決因容性負(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。功率因數(shù)是指有功功率與視在功率（總耗電量）的比值。當(dāng)功率因數(shù)越大，電力利用率越高。開(kāi)關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間相位差會(huì)造成交換功率的損失。

交流電在純電阻負(fù)載上電流和電壓是同相位的，即純電阻是消耗功率器件；交流電在純電容負(fù)載上電流超前電壓90°；交流電在純電感負(fù)載上電壓超前電流90°，電感和電容都是儲(chǔ)存功率的器件。

2. PFC電路分類(lèi)及其作用

目前PFC有被動(dòng)式PFC（無(wú)源PFC）以及主動(dòng)式PFC(有源式PFC)。

1.被動(dòng)式PFC有兩種類(lèi)型：一種是電感補(bǔ)償式，在整流橋堆和濾波電容之間加入一個(gè)電感（適當(dāng)選取電感量），其工作原理是利用電感減小交流輸入的基波電流與電壓的相位差，從而提高功率因數(shù)；另一種是填谷電路式，其工作原理是利用整流橋后面的填谷電路來(lái)增大整流管的導(dǎo)通角，通過(guò)填平谷點(diǎn)，使輸入電流從尖峰脈沖變?yōu)榻咏谡也ǖ牟ㄐ危撾娐放c電感補(bǔ)償式相比，具有電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，功率因數(shù)補(bǔ)償效果好。

2.主動(dòng)式PFC由電感電容及其元器件組成，通過(guò)專(zhuān)用的IC去調(diào)整電流波形，對(duì)電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償，主動(dòng)式PFC可用作輔助電源，而且其輸出直流電壓紋波很小。

3. PFC電路基本結(jié)構(gòu)和工作原理

3.1 容性負(fù)載對(duì)供電電壓以及電流的影響

開(kāi)關(guān)電源都是利用整流電路后的一個(gè)大電容進(jìn)行濾波的，這使得電路的負(fù)載特性為容性，由于濾波電容的充放電特性，使電容兩端的輸出電壓波形為鋸齒波的紋波，所以電容兩端的最小電壓并不為零，最大電壓為鋸齒波的峰值。

由于整流橋二極管的單向?qū)щ姷奶匦裕?dāng)AC線路的電壓的瞬時(shí)值小于電容兩端的電壓時(shí)，整流二極管反向偏置截止，當(dāng)AC線路的電壓瞬時(shí)值大于電容兩端的電壓時(shí)，整流二極管正向?qū)āＲ虼耍珹C側(cè)的輸入電流呈現(xiàn)高幅值的尖峰脈沖。電流的導(dǎo)通角太小，要提高功率因數(shù)就要設(shè)法電流的波形在整個(gè)周期內(nèi)能夠追蹤到電壓的波形。

3.2 PFC負(fù)載的基本結(jié)構(gòu)

由以上的內(nèi)容可知，造成電流的導(dǎo)通角太小的原因是在整流橋后面接入了一個(gè)大容量的濾波電容，有源的PFC電路的基本思想是在整流橋和大容量的濾波電容之間加入PFC開(kāi)關(guān)電源，把整流橋和大容量電容隔離開(kāi)，PFC輸出一個(gè)基本穩(wěn)定的DC電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能和市電一樣呈正弦波變化。

PFC電路有三種工作模式：連續(xù)導(dǎo)通模式（Continuoous Conduction Mode,CCM），不連續(xù)導(dǎo)通模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM），臨界導(dǎo)通模式（Critical Conduction Mode，CRM/Boundary Conduction Mode,BCM）。

圖三 峰值電流控制模式的 DCM PFC

為了維持整流二極管的導(dǎo)通，維護(hù)濾波電容的充電狀態(tài)以及改善輸入電流，因此PFC大部分都是采用升壓的BOOST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，PFC輸出電壓高于交流輸入端的峰值電壓。例如，假設(shè)在理想條件下（無(wú)干擾），交流供電220V，其峰值為220V，故PFC電壓要在220V以上，這樣PFC能夠始終從輸入側(cè)吸收電能，給濾波電容充電，維持整流二極管導(dǎo)通，解決整流二極管斷續(xù)通斷以及輸出電流呈尖脈沖問(wèn)題。

PFC電路中的MOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，電感L儲(chǔ)存能量，MOS開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感L電壓左負(fù)右正，將導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過(guò)升壓二極管D1對(duì)濾波電容充電。由于電感L和電容C是串聯(lián)的，電感L上的電流不能突變，這就對(duì)濾波電容C的浪涌電流起到了限制的作用。

因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管是在電感電流不為零的情況下關(guān)斷的，這時(shí)候D1需要承受很大的應(yīng)力，要求二極管有極低甚至為零的反向恢復(fù)電流，因此升壓二極管D1采用快恢復(fù)二極管。由于減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電流承受的能力是相互牽制的，所以快恢復(fù)二極管能夠承受浪涌電流的能力弱，然而保護(hù)二極管D2采用普通的二極管，承受浪涌電流很強(qiáng)。每次電源開(kāi)關(guān)接通瞬間加在電感兩端的電壓可以是交流正弦波的任意瞬時(shí)值，當(dāng)為正弦波的峰值時(shí)，會(huì)造成浪涌電壓，此時(shí)，保護(hù)二極管D2導(dǎo)通，使通過(guò)電感L的電流大大的減小，降低電感L和升壓二極管的浪涌沖擊。

保護(hù)二極管第二個(gè)作用就是保護(hù)MOS開(kāi)關(guān)管。開(kāi)開(kāi)機(jī)瞬間，濾波電容電壓尚未建立，如果開(kāi)機(jī)的電壓又恰好是正弦波的最大值，濾波電容正在充電，流過(guò)電感L的電流會(huì)很大，甚至?xí)斐纱棚柡停绻@時(shí)候PFC電路中的開(kāi)關(guān)管正在工作，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管是在零電流關(guān)閉，在磁飽和的情況下，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流不受控制，會(huì)燒壞開(kāi)關(guān)管，

針對(duì)此問(wèn)題，以下有兩種措施：第一種是控制PFC的工作時(shí)序，當(dāng)濾波電容充電完成后，再啟動(dòng)PFC電路；第二種是如上圖所示，在電感L和升壓二極管D1上并聯(lián)一個(gè)普通二極管，大電壓開(kāi)機(jī)瞬間給濾波電容提供另一條支流充電，防止電感L磁飽和以及開(kāi)關(guān)管過(guò)流。

DCM PFC 的控制方式

圖四 DCM PFC 各點(diǎn)的動(dòng)作波形

CCM PFC 的控制方式

圖五 平均電流控制模式的升壓型電路

圖六 平均電流控制模式升壓型電路之各點(diǎn)波形

芯茂微推出高性能多模式PFC控制器

LP6655采用全數(shù)字化控制，所需外部組件少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。只需要很少的外圍零部件就可以構(gòu)建穩(wěn)固可靠的功率因數(shù)校正(PFC)單元電路。LP6655還集成了多種保護(hù)功能，包括VCC欠壓保護(hù)（UVLO）、電感過(guò)流保護(hù)（OCP）、過(guò)功率限制（OPL）、輸入欠壓保護(hù)（Brown-out）、輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）、輸出欠壓保護(hù)（UVP）以及過(guò)溫保護(hù)（OTP）等，確保系統(tǒng)安全可靠地工作。

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