有源功率因數校正電路(APFC)

1、有源功率因數校正電路（APFC） 1.諧波定義諧波定義 從從220V交流電網經整流供給直流是電力電子及電子交流電網經整流供給直流是電力電子及電子儀器中應用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式儀器中應用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式開關電源的輸入端，開關電源的輸入端，AC電源經全波整流后，一般接一個電源經全波整流后，一般接一個大電容，如圖所示。大電容，如圖所示。AC/DC整流電路整流電路有源功率因數校正電路（APFC） 整流之后得到波形較為平直的直流電壓。波形如下圖所整流之后得到波形較為平直的直流電壓。波形如下圖所示，輸入交流電壓示，輸入交流電壓Vi是正弦的，但是交流電流是正弦的，但是

2、交流電流ii波形卻嚴重波形卻嚴重畸變，呈脈沖狀。畸變，呈脈沖狀。 由此可見，大量應由此可見，大量應用整流電路，要求電網用整流電路，要求電網供給嚴重畸變的非正弦供給嚴重畸變的非正弦電流，造成嚴重的后果，電流，造成嚴重的后果，諧波電流對電網有危害諧波電流對電網有危害作用，并且輸入端功率作用，并且輸入端功率因數下降。因數下降。有源功率因數校正電路（APFC）有源功率因數校正電路（APFC）諧波電流對電網的危害諧波電流對電網的危害 脈沖狀的輸入電流，含脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波。右圖給出了輸有大量諧波。右圖給出了輸入電流波形及電流諧波頻譜入電流波形及電流諧波頻譜分析，其中電流的三次諧波分析，其中電

3、流的三次諧波分量達分量達77.5%，五次諧波分，五次諧波分量達量達50.3%，總的諧波總的諧波分量（或稱總諧波失真分量（或稱總諧波失真Total Harmonic Distortion，用，用THD表示）為表示）為95.6%，輸入，輸入端功率因數僅有端功率因數僅有0.683，非常，非常的低。的低。輸入電流波形及其諧波分量頻譜分析輸入電流波形及其諧波分量頻譜分析有源功率因數校正電路（APFC）對對AC-DCAC-DC電路輸入端諧波電流的限制電路輸入端諧波電流的限制 為了減小為了減小AC-DC交流電路輸入端諧波電流造成的噪交流電路輸入端諧波電流造成的噪聲和對電網產生的諧波聲和對電網產生的諧波“污染

4、污染”，以保證電網供電質量，以保證電網供電質量，提高電網的可靠性；同時也為了提高輸入端功率因數，提高電網的可靠性；同時也為了提高輸入端功率因數，已達到節(jié)能的效果；必須限制已達到節(jié)能的效果；必須限制AC-DC電路的輸入端諧電路的輸入端諧波電流分量。波電流分量。%100.12423222IIIIITHDn有源功率因數校正電路（APFC）2. 2. 功率因數功率因數有源功率因數校正電路（APFC）有源功率因數校正電路（APFC） 設基波電流設基波電流i1落后落后Vi，相位差為，相位差為，如下圖所示。，如下圖所示。Vi 、Ii 波形波形 有源功率因數校正電路（APFC）定義總諧波畸變（THD）：AC-

5、DC電路輸入功率因數與諧波的關系：%100.12423222IIIIITHDn有源功率因數校正電路（APFC） 從上式可以看出，欲提高線路功率因數就必須最大限度地抑制輸入電流的波形畸變，同時還必須盡可能地使電流基波與電壓基波之間的相位差趨于零。對于未采取功率因數校正措施酌電子鎮(zhèn)流器，由于THD一般不低于110, 不超過0.65。 4. 提高AC-DC電路輸入端功率因數和減小輸入電流諧波的主要方法：使輸入電流與輸入電壓同相位，減小兩者的相位差，采用APFC功率因數校正電路。有源功率因數校正電路（APFC）3.提高線路功率因數的意義有源功率因數校正電路（APFC）隔離降壓電路隔離降壓電路輸入輸入整

6、流橋整流橋PFCPFC負載（需負載（需要供電的要供電的設備）設備） 離線式高頻開關電源離線式高頻開關電源 有源功率因數校正電路（APFC） APFC結構框圖結構框圖 Multiplier (乘法器）乘法器） CA： current amplifier 電流誤差放大器電流誤差放大器 VA：voltage amplifier 電壓誤差放大器電壓誤差放大器APFC電路的工作原理電路的工作原理有源濾波器（有源濾波器（APFC）:在在整流器和開關電源功率變整流器和開關電源功率變換電路之間接入一個換電路之間接入一個DC-DC變換器，應用電流反饋變換器，應用電流反饋技術，使輸入端電流技術，使輸入端電流i波形

7、波形跟蹤交流輸入正弦電壓波跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使形，可以使i接近正弦波。接近正弦波。有源功率因數校正電路（APFC）有源功率因數校正電路（APFC） 主電路的輸出電壓主電路的輸出電壓Vo和基準電壓和基準電壓Vr比較后，輸入給電壓誤差比較后，輸入給電壓誤差放大器放大器VA，整流電壓，整流電壓Vdc檢測值和檢測值和VA的輸出電壓信號共同加到的輸出電壓信號共同加到乘法器乘法器M的輸入端，乘法器的輸入端，乘法器M的輸出則作為電流反饋控制的基的輸出則作為電流反饋控制的基準信號，與開關電流準信號，與開關電流is檢測值比較后，經過電流誤差放大器檢測值比較后，經過電流誤差放大器CA加到加到PWM及驅

8、動器，以控制及驅動器，以控制MOS管的導通與關斷；管的導通與關斷； 使輸入電流（即電感電流）使輸入電流（即電感電流）il的波形與整流電壓的波形與整流電壓Vdc的波形基本的波形基本一致，使電流諧波大為減小，提高了輸入端功率因數，可達到一致，使電流諧波大為減小，提高了輸入端功率因數，可達到0.99以上以上,諧波失真諧波失真THD=3%-5%,由于功率因數校正器同時保持由于功率因數校正器同時保持輸出電壓恒定，使下一級開關電源設計更容易些。輸出電壓恒定，使下一級開關電源設計更容易些。APFC的工作原理的工作原理:有源功率因數校正電路（APFC）功率因數校正的控制芯片：功率因數校正的控制芯片：連續(xù)模式連

9、續(xù)模式(平均電流模式，適用于大功率輸出的場合平均電流模式，適用于大功率輸出的場合 200W )（CCM-continuous conduction mode) A TI公司：公司： UC3854、UC3817 B 英飛凌：英飛凌：ICE2PCS01G C 賽意法：賽意法：LT4981 www.ST.com D 國際整流國際整流 ：IR1150 臨界模式臨界模式(峰值電流模式，適用于小和中等功率輸出的場合峰值電流模式，適用于小和中等功率輸出的場合 200W 固定的導通時間，可變的開關固定的導通時間，可變的開關頻率。峰值電流模式控制，適用頻率。峰值電流模式控制，適用于小和中等功率輸出的場合于小和中

10、等功率輸出的場合 200W，工作在臨界模式，工作在臨界模式1. 平均電流模式平均電流模式 2. 峰值電流模式峰值電流模式有源功率因數校正電路（APFC）二、峰值電流控制二、峰值電流控制APFC控制器控制器L6561/6562（一）（一） L6561/6562芯片的特點芯片的特點有源功率因數校正電路（APFC）（二）（二） L6561/6562芯片的結構框圖及引腳功能芯片的結構框圖及引腳功能有源功率因數校正電路（APFC）（三）（三） L6561/6562芯片的應用電路芯片的應用電路有源功率因數校正電路（APFC）有源功率因數校正電路（APFC）（四）（四） APFC電路的參數計算電路的參數計算1、最低工作頻率、最低工作頻率fSM 效率效率0.95,VI(MIN)=85VPO=80W,VO=400V， fSM不小于不小于23K有源功率因數校正電路（APFC）有源功率因數校正電路（APFC）3、開關管的選用及導通損耗、開關管的選用及導通損耗VO=400V