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根據(jù)定義，交流電 源的功率因數(shù)（PF）定義為流入負(fù)載的實際功率（瓦）與電 路中的視在功率之比，它是電 流和電 壓的乘積。它表示為PF =實際功率（W）/視在功率（VA）。 PF方程表明它是介于0和1之間的數(shù)字。因此，當(dāng)電 流和電 壓同相和正弦時，PF為1.但是，如果兩者都是正弦但不同相，則視在功率大于實際值。功率和PF是電 流和電 壓波形之間的相角的余弦。在實踐中，PF = 1是負(fù)載是純電 阻和線性的理想情況。實際上，電 子系統(tǒng)中的離線AC/DC電 源是開關(guān)模式，呈現(xiàn)非線性負(fù)載。
由于目前大多數(shù)電 源都是開關(guān)模式，因此它們會產(chǎn)生非正弦波形，從而產(chǎn)生輸入電 流和電 壓之間的相位角。當(dāng)電 流波形不跟隨電 壓波形時，它會導(dǎo)致PF低于1.除了功率損耗之外，《1 PF會導(dǎo)致諧波沿中性線傳播并破壞連接到交流電 源線的其他設(shè)備。 PF數(shù)越低，AC線上的諧波含量越高，反之亦然。因此，有嚴(yán)格的規(guī)定來限制交流電 源線上允許的諧波失真。例如，歐洲的EN61000-3-2 ［1］被引入以限制將電 子設(shè)備反射的諧波發(fā)送回電 源。它適用于所有D類電 子系統(tǒng)，如PC（包括筆記本電腦和PC顯 示 器），以及消耗超過75 W的無 線 電和電視接收器.D類是四類（A，B，C和D）之一按EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)分類，該標(biāo)準(zhǔn)對每個等級施加不同的諧波電 流限制。該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已在國際上被接受。
為了符合EN61000-3-2等法規(guī)的諧波要求并保持較高的整體PF性能，有必要在電 子系統(tǒng)中使用的AC/DC前端轉(zhuǎn)換器模塊中加入功率因數(shù)校正（PFC）功耗超過75 W.實現(xiàn)PFC可實現(xiàn)高PF值并確保低諧波。正如我們將要看到的，目前有許多無源和有源技術(shù)可用于AC前端采用的眾多電 源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
無源PFC 如安森美半 導(dǎo) 體公布的功率因數(shù)校正手冊第一章所述［2］，控制諧波電 流的最簡單方法是使用僅在線路頻率下通過電 流的無源濾 波 器（例如，50或60赫茲）。該濾 波 器降低了諧波電 流，這意味著非線性器件現(xiàn)在看起來像線性負(fù)載。使用內(nèi)置電 容 器和電 感器的濾 波 器，功率因數(shù)可以接近一致。然而，缺點是濾 波 器需要大值的高電 流電 感器和高壓電 容 器，其體積大且昂貴。
圖1顯示了三種不同250 W PC電 源的輸入諧波，與根據(jù)EN/IEC61000-3-2 D類設(shè)備規(guī)范的限值進(jìn)行了比較。諧波幅度與這些設(shè)備的輸入功率成比例。如圖所示，無源PFC的性能幾乎不符合三次諧波的限制。帶有源PFC的單元符合并優(yōu)于IEC61000-3-2規(guī)范。
圖1：相比之下，帶有源PFC控制器的電 源優(yōu)于被動式PFC超過電 源線諧波的IEC61000-3-2規(guī)范。 （由安森美半 導(dǎo) 體公司提供。）盡管設(shè)計和使用簡單，但無源PFC電 路有一些缺點。首先，電 感器的體積限制了它在許多應(yīng)用中的可用性。其次，對于全球運行，需要線電 壓范圍開關(guān)。如果沒有正確地進(jìn)行開關(guān)選擇，則開關(guān)的結(jié)合使得器具/系統(tǒng)易于發(fā)生操作員錯誤。最后，未被調(diào)節(jié)的電 壓軌導(dǎo)致在PFC級之后的DC/DC轉(zhuǎn)換器的成本和效率損失。
有源PFC 除性能外，銅和磁芯材料的成本上升，加上半 導(dǎo) 體成本的下降，使得有源PFC解決方案的平衡趨于平衡，即使在對成本最敏感的消費設(shè)備中也是如此。在下面的方案中（圖2），有源PFC電 路放置在輸入整流器和存儲電 容之間，然后是DC/DC轉(zhuǎn)換器。具有相關(guān)電 路的PFC IC對輸入電 流 進(jìn)行整形，以匹配輸入電 壓波形，實現(xiàn)0.9和更高的PF。
圖2：有源PFC控制器電 路位于輸入整流器和存儲電 容之間。 （由安森美半 導(dǎo) 體提供。）從根本上說，有三種不同類型的有源PFC控制器芯片。這些包括臨界傳導(dǎo)模式（CrM），連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）和不連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM）。有幾家制造商提供各種這些有源PFC IC，但每個供應(yīng)商都提供自己的版本和使用它們的理由。
CrM控制方案將電 感電 流保持在連續(xù)和不連續(xù)傳導(dǎo)之間的臨界極限。因此，一些供應(yīng)商更喜歡將其稱為邊界傳導(dǎo)模式或BCM。由于在該方案中總是知道波形，所以平均電 流和峰值電 流之間的關(guān)系也是已知的。安森美半 導(dǎo) 體為高達(dá)300 W的中等功率應(yīng)用提供各種電 壓模式CrM PFC IC。此類別中的最新產(chǎn)品是MC34262/MC33262控制器。
另一家CrM PFC控制器供應(yīng)商是F airchild Semiconductor。其FAN6920MR在單個封裝中集成了CrM PFC控制器和準(zhǔn)諧振P W M控制器。對于PFC，F(xiàn)AN6920MR使用受控的導(dǎo)通時間技術(shù)來提供穩(wěn)定的DC輸出電 壓，以及執(zhí)行功率因數(shù)校正。
由于峰值電 流應(yīng)力較低，同時紋波電 流減小，濾波任務(wù)更容易，因此CCM控制在許多應(yīng)用中廣泛使用，范圍從中等功率到高功率應(yīng)用。一些提供基于CCM的PFC控制器的主要供應(yīng)商包括F a i r c h i l d S e m i c o n d u c t o r，I n f i n e o n T e c h n o l o g i e s，I n t e r n a t i o n a l R e c t i f i e r，N X P S e m i c o n d u c t o r，O N S e m i c o n d u c t o r，P o w e r I n t e g r a t i o n s和T e x a s I n s t r u m e n t s。
在DCM空間（也是中低功率應(yīng)用的首選）中，C irrus Logic采用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)建了一種非連續(xù)模式有源PFC控制器，無需多個無源元件即可實現(xiàn)低成本適用于PC，筆記本適配器和數(shù) 字 電 視接收器的PFC解決方案。 CS1500（圖3）采用可變導(dǎo)通時間和可變頻率算法，以實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)和低EMI輻射，從而簡化EMI濾波。
圖3：C irrus Logic的數(shù)字PFC控制器執(zhí)行自適應(yīng)數(shù)字算法，將交流電 源輸入電 流波形整形為與輸入電 壓波形同相。
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