開關電源功率因數校正電路設計與應用實例之：概述（二）

從不同的角度看，有源功率因數校正技術有多種分類方法。從電網供電方式可分為單相PFC電路和三相PFC電路。

從軟開關特性來劃分，有源PFC可分為兩類：零電流開關PFC技術。零電壓開關PFC，技術。按實現軟開關的具體方法還可以進一步劃分：并聯諧振型、串聯諧振型以及準諧振型。

從控制方法來分，有源功率因數校正可以采用脈寬調制(PWM)、頻率調制(FM)、單環電壓反饋控制、雙環電流模式控制、數字控制、滑模控制以及單周期控制以及其他各種控制方法。

從拓撲結構上劃分，有源功率因數校正電路可分為預調整器型PFC以及單級組合PFC，變換器兩種形式，后者被認為是較理想的有源功率因數校正電路結構。

一般認為有兩種基本的有源PFC技術，一種是變換器工作在連續導電模式的”乘法器”型；另一種是變換器工作在不連續導電模式的”電壓跟隨器型”實際上還有磁放大PFC，技術、三電平PFC，技術和不連續電容電壓模式(DCVM)PFC技術等。

有源功率因數校正(ActivePowerFactorCorrection，APFC)技術是直接采用有源開關或AC/DC變換技術，使輸入電流成為和電網電壓同相位的正弦波。在整流器和負載之間接入一個DC/DC開關變換器，應用電流反饋技術，使輸入端電流ii波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，使電網輸入端的電流波形逼近正弦波，并與輸入的電網電壓同相位。主要優點是：可得到較高的功率因數，總諧波畸變THD小，可在較寬輸入電壓范圍和寬帶下工作，體積、重量小，輸出電壓也可保持恒定。主要缺點是:電路復雜，MTBF(平均無故障時間)下降，成本較高，效率會有所降低等。有源功率因數校正技術已廣泛應用AC/DC開關電源，交流不間斷電源(UPS)等領域。

①按有源功率因數校正拓撲分類

a.降壓式。因噪聲大，濾波困難，功率開關管上電壓應力大，控制驅動電平浮動，很少被采用。

b.升/降壓式。須用兩個功率開關管，有一個功率開關管的驅動控制信號浮動，電路復雜，較少采用。

c.反激式。輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于150W以下功率的應用場合。

d.升壓式(Boost)。簡單電流型控制，PF值高，總諧波失真(THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。適用于75～2000W功率范圍的應用場合，應用最為廣泛。它具有以下優點：電路中的電感L適用于電流型控制，由于升壓型APFC的預調整作用在輸出電容器C上保持高電壓，所以電容器C體積小、儲能大，在整個交流輸入電壓變化范圍內能保持很高的功率因數，當輸入電流連續時，易于EMI濾波，升壓電感L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。

②按輸入電流的控制原理分類

a.平均電流型。工作頻率固定，輸入電流連續(CCM),波形圖如圖1-10(a)所示。TI公司的UC3854就工作在平均電流控制方式。

這種控制方式的優點是：恒頻控制，工作在電感電流連續狀態，開關管電流有效值小、EMI濾波器體積小；能抑制開關噪聲；輸入電流波形失真小。

主要缺點是：控制電路復雜，須用乘法器和除法器，需檢測電感電流，需電流控制環路。

b.滯后電流型。工作頻率可變，電流達到滯后帶內發生功率開關通與斷操作，使輸入電流上升、下降。電流波形平均值取決于電感輸入電流，波形圖如圖1-10(b)所示。

c.峰值電流型。工作頻率變化，電流不連續(DCM)工作波形圖如圖1-10(c)

所示。DCM采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實現的優點，但存在以下缺點：

·功率因數和輸入電壓Uin與輸出電壓Uo的比值Uin/Uo有關，即當Uin變化時，功率因數PF值也將發生變化，同時輸入電流波形隨Uin/Uo的加大而THD變大。

·開關管的峰值電流大(在相同容量情況下，DCM中通過開關器件的峰值電流為CCM的兩倍),從而導致開關管損耗增加。所以在大功率APFC中，常采用CCM方式。

d.電壓控制型。工作頻率固定，電流不連續，采用固定占空比的方法，電流自動跟隨電壓。這種控制方法一般用在輸出功率比較小的場合，另外在單級功率因數校正中多采用這種方法，工作波形圖如圖1-10(d)所示。

③其他控制方法

a.非線性載波控制技術。非線性載波控制(NLC)不需要采樣電壓，內部電路作為乘法器，即載波發生器為電流控制環產生時變參考信號。這種控制方法工作在CCM模式，可用于Flyback、Cuk、Boost等拓撲中，其調制方式有脈沖前沿調制和脈沖后沿調制。

b.單周期控制技術。單周期控制是一種非線性控制技術。該控制方法的突出特點是無論是穩態還是暫態，它都能保持受控量(通常為斬波波形)的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個開關周期內，有效地抑制電源側的擾動，既沒有穩態誤差，也沒有暫態誤差，這種控制技術可廣泛應用于非線性系統的場合，不必考慮電流模式控制中的人為補償。

c.電荷泵控