功率因數校正PFC詳解

什么是PFC

PFC（功率因數改善）是指改善功率因數，并使功率因數接近1。這是通過使功率因數角（相位角）接近0°，從而減小電壓與電流的相位差，使視在功率接近有功功率。同時抑制諧波電流。諧波抑制在國際標準IEC61000-3-2中已經分類限值并規定了最大容許諧波電流，相應的電子設備基本上都配備PFC。

單級PFC與交錯式PFC

PFC的基本工作是使電感電流呈三角波狀，并控制電流使其平均值為正弦波，從而校正電壓和電流的相位差。下面是以單級和交錯式為例的PFC基本電路。

顧名思義，單級PFC由1組開關（晶體管）、二極管、電感構成，而交錯式PFC由2組構成，開關以180°相位差進行驅動。所以，單級PFC的電感電流因ON/OFF而呈單一的三角波狀，而交錯式PFC則三角波重疊。其結果是紋波電流減小，有效頻率翻倍。右圖是每個電感的電流波形和交錯式PFC的電流波形示意圖。

交錯式使用2組開關，因此開關損耗分散，每個開關上的負載減輕，使熱設計更容易。另外，紋波電流更小，有效頻率更高，從而有助于減小濾波器尺寸。這與DC/DC轉換器的雙相驅動原理相同。

臨界模式（BCM）與連續模式（CCM）

PFC的控制一般采用兩種模式，一種是在電流為零的時間點進行開關的電流臨界模式（BCM：Boundary Current Mode），一種是在電感連續流過電流的狀態下使用的電流連續模式（CCM：Continuous Current Mode）。

BCM是在二極管電流變為零的時間點開關導通，所以二極管中不會流過反向恢復電流。但是，電流從零到最大值變化較大，所以電感和二極管的峰值電流將增加。而CCM的特征是在二極管中有電流流動的狀態下開關導通并強制關斷二極管，所以會流過較大的反向恢復電流，并產生開關噪聲。但連續流動的電感電流幾乎為直流，紋波也很小。

方式不同，輸出功率也不同

上述單級方式和交錯方式、BCM控制和CCM控制的不同表現為輸出功率和峰值電流特性的不同。一般輸出功率較大的電路中多使用交錯式PFC及CCM控制。下圖為比較示例。

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