爱华网关键词：功率因数校正；单级PFC；Boost；总谐波含量
1.前言
近年来，高频开关电源在国民生活中的使用越来越广泛，特别是现在提倡“绿色电源”，要求装置对电网无污染，主要包括谐波含量、功率因数、波形畸变等。解决这个问题的积极办法是采用功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)技术。为了使电源在满足谐波标准的同时能够实现低成本、高性能，对单级PFC的需求越来越紧迫，特别是在小功率场合。
2.功率校正技术
在含 有AC/DC变换器的电力电子装置中，DC/DC变换器或DC/AC变换器的供电电源一般是由交流市电经整流和大电容滤波后得到较为平直的直流电压，整流器一电容滤波电路是一种非线性组件和储能组件的结合，因此，虽然输入交流电压是正弦的，而输入交流电流是一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流，波形严重畸变.如果去掉输入滤波电容，则输入电流变为近似的正弦波，提高了输入侧的功率因数并减少了输入电流的谐波，但是整流电路的输出不再是一个平滑的直流输出电压，而变为脉动波。如果欲使输入电流为正弦波，且输出仍为平滑的直流输出，必须在整流电路和滤波电容之间插入一个电路，这个电路就是PFC电路，如图1所示。
人们最早采用电感和电容器构成的无源网络进行功率因数校正。进入70年代以后，随着功率半导体器件的发展，开关变换技术突飞猛进。到80年代，现代有源PFC技术应运而生，
80年代的有源功率校正技术可以说是基于Boost变换器的功率因数校正的年代，在此期间的研究工作主要集中在连续导电模式下的Boost变换器的研究上。80年代末提出了利用工作在不连续导电模式下的变换器进行功率因数校正技术，90年代以来，有源PFC取得了长足的进展。近年来，主要是连续导电模式下功率因数校正的控制方法，同时，也提出了一些新颖的功率因数校正原理及拓扑结构，如临界导电模式。
现对无源PFC、有源两级PFC和有源单级PFC在各个方面进行对比，如表1所示。
经过对三种PFC技术在THD,PF效率、体积、重量、控制电路、器件数量、功率范围和设计难度上的比较得出：无源PFC适用于要求成本低,对体积没有太大限制的小功率应用场合；有源两级PFC适用于要求成本高,价格不敏感,中大功率应用；有源单级PFC相当于两者之间的折中方案,要求体积小、结构简单、性能较好的应用场合。
3.线路设计
用户电气设计参数要求为：电源电压范围（85V～264V），稳压直流输出电压（400V±8%），开关频率（ 25KHz～476KHz），额定输出功率120W，预期效率 90%。经过以上的讨论，实现该目标的功率因数校正最合理的办法是选用工作于临界导电模式下的单级Boost型PFC线路，其原理框图如图2所示。我们经分析选择的IC为意法半导体(SGS-THOMSON)公司推出的功率因数控制器L6562来设计。
表1 几种PFC技术的性能比较
无源PFC
有源两极PFC
有源单极PFC
总谐波含量THD
高
低
中
功率因数PF
低
高
中
效率
高
中
低
体积
中
大
小
控制
简单
复杂
简单
器件数量
很少
多
中
功率范围
≦200～300W
不限
≦200～300W
设计难度
简单
中
复杂
线路图设计主要参考了ST公司的L6562的应用手册，从而设计出适合我们电路要求的电路原理图见图3 。并将我们的设计应用于PSF120-240电源中，进行测试评估。L6562的应用手册中某些元件参数已经设定，就不需要我们再做重复的计算，只需要设计出几个关键元件的参数，包括电感（T1）参数设计，SENSE电阻（R10）计算，MOSFET（Q2）的选择等。
4.验证评估与结论
输出性能测试，见表2测试条件：配合测试负载为120W反激式开关电源（FULL LOAD）。
实验结果表明该电源系统的功率因数提高到0.98以上；经谐波测试，开关电源总谐波含量低于2.5%，符合IEC61000-3-2谐波电流限制标准.
图2 临界导电模式下的单级Boost型PFC线路
表2 输出特性测试
输入电压
额定输出电压
实际输出电压
调整率
输入功率
效率
功率
因数
判定
85 V
400 V
404.1 V
1.025%
130.9W
91.7%
0.999
PASS
120 V
400 V
403.7 V
0.925%
130.0W
92.3%
0.998
PASS
150 V
400 V
402.0 V
0.500%
129.3W
92.8%
0.994
PASS
180 V
400 V
401.3 V
0.325%
128.9W
93.1%
0.993
PASS
220 V
400 V
400.9 V
0.225%
126.5W
94.9%
0.992
PASS
264 V
400 V
399.2 V
0.020%
124.5W
96.4%
0.985
PASS
图3 PFC整体线路图
5.结束语
当今功率因数校正线路的高性能化、拓扑电路的创新、集成电路技术的广泛应用及其实现手段的先进性、设计和分析工具的进一步完善，将为电源产品实现高效率、高功率因数、高可靠性，低谐波污染、小型轻量愿望成为现实。单级PFC电子技术符合PFC技术的发展方向，适用于小功率场合，是性能和成本的折衷，将成为未来PFC技术的主要研究领域.
