反激式控制器將有源PFC功能電路整合在單級轉換器

　　任何依靠交流電源工作的電源系統都具有一個(gè)相關(guān)的功率因數，該功率因數被定義為其從交流電源吸收電流的方式。AC 電力系統的功率因數被定義為流至負載的有功功率 (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)單位數值。有功功率是電路在特定時(shí)間執行任務(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(xiàn)性負載 (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)電力系統中，與一個(gè)具有高功率因數的負載相比，在所傳輸的有用功率相同的情況下，一個(gè)具有低功率因數的負載吸收更大的電流。因為所需的電流較高，所以在配電系統中損失的能量也增加了，這反過(guò)來(lái)又需要更粗的導線(xiàn)和其他傳輸設備。較大的設備和能源浪費增加了成本，所以電力公司往往對功率因數較低的客戶(hù)收取較高的費用。

　　此外，電源的功率因數還會(huì )對 AC-DC 電源產(chǎn)生在交流電源上的諧波造成影響，因此，為不帶功率因數校正功能的 AC-DC 電源之負載配電時(shí)，電力公司面臨重大難題。此類(lèi)電源是非線(xiàn)性負載，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(xiàn)上其他設備的操作
• 　　會(huì )由于中線(xiàn)過(guò)熱而引發(fā)火災
• 　　會(huì )導致電源變壓器承受過(guò)大的應力和縮短壽命
• 　　會(huì )導致 AC 電源發(fā)生器過(guò)載

　　自上世紀 80 年代起，歐盟決定將解決這些問(wèn)題的重擔交給采用 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(xiàn)頻率的諧波 (整數倍) 上可以吸收之電流值的標準幾經(jīng)修改。最終，形成了 IEC61000-3-2市電線(xiàn)路諧波電流輻射標準分類(lèi)，如表 1 所示。

　　表 1：IEC 61000-3-2 分類(lèi)

　　

　　如圖 1 所示，典型的離線(xiàn)式電源利用一個(gè)負責驅動(dòng)電容性負載的二極管電橋給交流電源線(xiàn)加載。該負載是非線(xiàn)性的 (因為它主要給一個(gè)電容器充電)，而且此類(lèi)負載只在正弦線(xiàn)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(xiàn)諧波的線(xiàn)路輸入電流峰值。

　　圖 1：開(kāi)關(guān)電源輸入電路

　　功率因數校正 (PFC)

　　改善功率因數的方法之一是采用一個(gè)濾波器。這通常被稱(chēng)為“無(wú)源 PFC”?？梢栽O計一種只傳遞位于市電線(xiàn)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(zhù)非線(xiàn)性器件此時(shí)看似一個(gè)線(xiàn)性負載，而且能根據需要采用電容器或電感器以使功率因數接近 1。不過(guò)，此類(lèi)濾波器需要采用大數值的高電流電感器，而這種電感器既笨重又昂貴。

　　有源 PFC

　　有源 PFC 是一種用于控制負載所吸取的無(wú)功功率之的電力電子系統，旨在獲得盡可能接近 1 的功率因數。在大多數應用中，有源 PFC 負責控制負載的輸入電流，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)升壓轉換器功率級，該功率級需要一個(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(hù)。圖 2 示出了未采用 PFC 和采用有源 PFC (1.0) 時(shí)至離線(xiàn)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 (對于一個(gè)容性負載)