什麽是PFC電路

　　PFC就是功率因數校正的意思，主要用來表征電子產(chan) 品對電能的利用效率。功率因數越高，說明電能的利用效率越高。

　　PC電源采用傳(chuan) 統的橋式整流、電容濾波電路會(hui) 使AC輸入電流產(chan) 生嚴(yan) 重的波形畸變，向電網注入大量的高次諧波，因此網側(ce) 的功率因數不高，僅(jin) 有0.6左右，並對電網和其它電氣設備造成嚴(yan) 重諧波汙染與(yu) 幹擾。早在80年代初，人們(men) 已對這類裝置產(chan) 生的高次諧波電流所造成的危害引起了關(guan) 注。1982年，國際電工委員會(hui) 製訂了IEC55－2限製高次諧波的規範（後來的修訂規範是IEC1000－3－2），促使眾(zhong) 多的電力電子技術工作者開始了對諧波濾波和功率因數校正（PFC）技術的研究。電子電源產(chan) 品中引入PFC電路，就可以大大提高對電能的利用效率。

　　PFC有兩(liang) 種，一種是無源PFC（也稱被動式PFC），一種是有源PFC（也稱主動式PFC）。無源PFC一般采用電感補償(chang) 方法使交流輸入的基波電流與(yu) 電壓之間相位差減小來提高功率因數，但無源PFC的功率因數不是很高，隻能達到0.7~0.8；有源PFC由電感電容及電子元器件組成，體(ti) 積小，可以達到很高的功率因數，但成本要高出無源PFC一些。

　　有源PFC電路中往往采用高集成度的IC，采用有源PFC電路的PC電源，至少具有以下特點：

　　1）輸入電壓可以從(cong) 90V到270V；

　　2）高於(yu) 0.99的線路功率因數，並具有低損耗和高可靠等優(you) 點；

　　3）IC的PFC還可用作輔助電源，因此在使用有源PFC電路中，往往不需要待機變壓器；

　　4）輸出不隨輸入電壓波動變化，因此可獲得高度穩定的輸出電壓；

　　5）有源PFC輸出DC電壓紋波很小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。

　　開關電源中PFC電路的作用

　　PFC的英文全稱為(wei) “PowerFactorCorrecTIon”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與(yu) 總耗電量（視在功率）之間的關(guan) 係，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。帶PFC的開關(guan) 電源成本也相對高一些。

　　開關(guan) 電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會(hui) 造成交換功率的損失，此時便需要PFC電路提高功率因數。目前的PFC有兩(liang) 種，被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

　　被動式PFC一般分“電感補償(chang) 式”和“填穀電路式（ValleyFillCircuit）”，“電感補償(chang) 方法”是使交流輸入的基波電流與(yu) 電壓之間相位差減小來提高功率因數，被動式PFC包括靜音式被動PFC和非靜音式被動PFC。被動式PFC的功率因數隻能達到0.7～0.8，它一般在高壓濾波電容附近。

　　開關電源pfc工作原理

　　在上世紀80年代起，用電器具大量的采用效率高的開關(guan) 電源，由於(yu) 開關(guan) 電源都是在整流後用一個(ge) 大容量的濾波電容，使該用電器具的負載特性呈現容性，這就造成了交流220V在對該用電器具供電時，由於(yu) 濾波電容的充、放電作用，在其兩(liang) 端的直流電壓出現略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠非為(wei) 零，與(yu) 其最大值（紋波峰值）相差並不多。根據整流二極管的單向導電性，隻有在AC線路電壓瞬時值高於(yu) 濾波電容上的電壓時，整流二極管才會(hui) 因正向偏置而導通，而當AC輸入電壓瞬時值低於(yu) 濾波電容上的電壓時，整流二極管因反向偏置而截止。也就是說，在AC線路電壓的每個(ge) 半周期內(nei) ，隻是在其峰值附近，二極管才會(hui) 導通。雖然AC輸入電壓仍大體(ti) 保持正弦波波形，但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈衝(chong) ，如圖2所示。這種嚴(yan) 重失真的電流波形含有大量的諧波成份，引起線路功率因數嚴(yan) 重下降。

　　在正半個(ge) 周期內(nei) （1800），整流二極管的導通角大大的小於(yu) 1800甚至隻有300-700，由於(yu) 要保證負載功率的要求，在極窄的導通角期間會(hui) 產(chan) 生極大的導通電流，使供電電路中的供電電流呈脈衝(chong) 狀態，它不僅(jin) 降低了供電的效率，更為(wei) 嚴(yan) 重的是它在供電線路容量不足，或電路負載較大時會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的交流電壓的波形畸變（圖3），並產(chan) 生多次諧波，從(cong) 而，幹擾了其它用電器具的正常工作（這就是電磁幹擾-EMI和電磁兼容-EMC問題）。

　　圖2：

　　自從(cong) 用電器具從(cong) 過去的感性負載（早期的電視機、收音機等的電源均采用電源變壓器的感性器件）變成帶整流及濾波電容器的容性負載後，其功率因素補償(chang) 的含義(yi) 不僅(jin) 是供電的電壓和電流不同相位的問題，更為(wei) 嚴(yan) 重的是要解決(jue) 因供電電流呈強脈衝(chong) 狀態而引起的電磁幹擾（EMI）和電磁兼容（EMC）問題。

　　這就是在上世紀末發展起來的一項新技術（其背景源於(yu) 開關(guan) 電源的迅速發展和廣泛應用）。其主要目的是解決(jue) 因容性負載導致電流波形嚴(yan) 重畸變而產(chan) 生的電磁幹擾（EMl）和電磁兼容（EMC）問題。所以現代的PFC技術完全不同於(yu) 過去的功率因數補償(chang) 技術，它是針對非正弦電流波形畸變而采取的，迫使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時變化軌跡，並使電流和電壓保持同相位，使係統呈純電阻性技術（線路電流波形校正技術），這就是PFC（功率因數校正）。

　　所以現代的PFC技術完成了電流波形的校正也解決(jue) 了電壓、電流的同相問題。

　　圖3

　　於(yu) 以上原因，要求用電功率大於(yu) 85W以上（有的資料顯示大於(yu) 75W）的容性負載用電器具，必須增加校正其負載特性的校正電路，使其負載特性接近於(yu) 阻性（電壓和電流波形同相且波形相近）。這就是現代的功率因數校正（PFC）電路。

　　容性負載的危害

　　下麵的圖4是不用濾波電容的半波整流電路，圖5是用了大容量濾波電容的半波整流電路。我們(men) 根據這兩(liang) 個(ge) 電路來分析兩(liang) 電路中電流的波形。

　　圖4

　　圖4A中D是整流管，R是負載。圖4B是該電路接入交流電時電路中電壓、電流波形圖，

　　在（00～1800）t0~t3時間：t1時間電壓為(wei) 零電流為(wei) 零，在t1時間電壓達到最大值電流也達到最大值，在t3時間電壓為(wei) 零電流為(wei) 零。（二極管導通1800）

　　在（1800～3600）t3~t4：時間：二極管反偏無電壓及電流。（二極管截止）

　　在（3600～5400）t4～t6時間：t4時間電壓為(wei) 零電流為(wei) 零，在t5時間電壓達到最大值電流也達到最大值，在t6時間電壓為(wei) 零電流為(wei) 零。（二極管導通1800）

　　結論：在無濾波電容的整流電路中，供電電路的電壓和電流同相，二極管導通角為(wei) 1800，對於(yu) 供電線路來說，該電路呈現純阻性的負載特性。

　　圖5

　　圖5A中D是整流管，R是負載，C是濾波電容。圖5B是該電路接入交流電時電路中電壓、電流波形圖。

　　在（00～1800）t0～t3時間：t1時間電壓為(wei) 零電流為(wei) 零，在t1時間電壓達到最大值電流也達到最大值，因為(wei) 此時對負載R供電的同時還要對電容C進行充電，所以電流的幅度比較大。在t1時間由於(yu) 對電容C進行充電，電容上電壓Uc達到輸入交流電的峰值，由於(yu) 電容上電壓不能突變，使在t1~t3期間，二極管右邊電壓為(wei) Uc，而左邊電壓在t2時間電壓由峰值逐漸下降為(wei) 零，t1~t3期間二極管反偏截止，此期間電流為(wei) 零。（增加濾波電容C後第一個(ge) 交流電的正半周，二極管的導通角為(wei) 900）

　　在（1800～3600）t3～t4時間：二極管反偏無電壓及電流。（二極管截止）

　　在（3600～4100）t4～t5時間：由於(yu) 在t3~t4時間二極管反偏，不對C充電，C上電壓通過負載放電，電壓逐漸下降（下降的幅度由C的容量及R的阻值大小決(jue) 定，如果C的容量足夠大，而且R的阻值也足夠大，其Uc下降很緩慢。）在t4~t5期間盡管二極管左邊電壓在逐步上升，但是由於(yu) 二極管右邊的Uc放電緩慢右邊的電壓Uc仍舊大於(yu) 左邊，二極管仍舊反偏截止。

　　在（4100～5400）t5～t7時間：t5時間二極管左邊電壓上升到超過右邊電壓二極管導通對負載供電並對C充電，其流過二極管的電流較大，到了t6時間二極管左邊電壓又逐步下降，由於(yu) Uc又充電到最大值，二極管在t6~t7時間又進入反偏截止。

　　結論：在有濾波電容的整流電路中，供電電路的電壓和電流波形完全不同，電流波形;在短時間內(nei) 呈強脈衝(chong) 狀態，極管導通角小於(yu) 1800（根據負載R和濾波電容C的時間常數而決(jue) 定）。該電路對於(yu) 供電線路來說，由於(yu) 在強電流脈衝(chong) 的極短期間線路上會(hui) 產(chan) 生較大的壓降（對於(yu) 內(nei) 阻較大的供電線路尤為(wei) 顯著）使供電線路的電壓波形產(chan) 生畸變，強脈衝(chong) 的高次諧波對其它的用電器具產(chan) 生較強的幹擾。

　　怎樣進行功率因素校正

　　我們(men) 目前用的電視機由於(yu) 采用了高效的開關(guan) 電源，而開關(guan) 電源內(nei) 部電源輸入部分，無一例外的采用了二極管全波整流及濾波電路，如圖6A，其電壓和電流波形如圖6B

　　圖6

　　為(wei) 了抑止電流波形的畸變及提高功率因數，現代的功率較大（大於(yu) 85W）具有開關(guan) 電源（容性負載）的用電器具，必須采用PFC措施，PFC有;有源PFC和無源PFC兩(liang) 種方式。

　　目前部分CRT廠家對部分電視機的改進

　　不使用晶體(ti) 管等有源器件組成的校正電路。一般由二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成，向目前國內(nei) 的電視機生產(chan) 廠對過去設計的功率較大的電視機，在整流橋堆和濾波電容之間加一隻電感（適當選取電感量），利用電感上電流不能突變的特性來平滑電容充電強脈衝(chong) 的波動，改善供電線路電流波形的畸變，並且在電感上電壓超前電流的特性也補償(chang) 濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數、電磁兼容和電磁幹擾得以改善，如圖7。

　　圖7