单相pfc硬件电路设计方案（四款模拟电路设计原理图详解）

　　PFC电路简介

　　PFC不是一个新概念了，在UPS电源要运用地较多，而PC电源上很少见到PFC电路。PFC在PC电源上的兴起，主要是源于CCC认证，所有需要通过CCC认证的电脑电源，都必须增加PFC电路。PFC就是“功功率因数校正”的意思，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。

　　PC电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。早在80年代初，人们已对这类装置产生的高次谐波电流所造成的危害引起了关注。1982年，国际电工委员会制订了IEC55－2限制高次谐波的规范（后来的修订规范是IEC1000－3－2），促使众多的电力电子技术工作者开始了对谐波滤波和功率因数校正（PFC）技术的研究。电子电源产品中引入PFC电路，就可以大大提高对电能的利用效率。

　　PFC有两种，一种是无源PFC（也称被动式PFC），一种是有源PFC（也称主动式PFC）。无源PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7~0.8；有源PFC由电感电容及电子元器件组成，体积小，可以达到很高的功率因数，但成本要高出无源PFC一些。

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

　　1） 输入电压可以从90V到270V；

　　2） 高于0.99的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；

　　3） IC的PFC还可用作辅助电源，因此在使用有源PFC电路中，往往不需要待机变压器；

　　4） 输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；

　　5） 有源PFC输出DC电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工频2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。

　　单相pfc硬件电路设计方案（一）

　　采用BOOST+UCC28019+FPGA 辅助调节实现

　　该方案的控制方法也是模拟控制方法。UCC28019 是TT 公司新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，使输入电流的跟踪误差产生的简变小于1%，实现了接近于1的功率因数。UCC28019 组成的PFC 电路，输出电压可通过调节反馈电压进行改变。简单的外围电路可对电压环和电流环灵活补偿。

　　系统的总体设计图

　　

　　BOOST和PFC的电路原理图

　　

　　本系统选择了380V-220V 的隔离变压器，大功率自耦调压器。大容量整流桥MP256。继电器选择JZC-22F 用于过流时保护动作开关。开关管选用场效应管IRFP540，以及续流二极管、输人电感。输入滤波电容。输出电容的选择在下面分别进行计算分析。

　　单相pfc硬件电路设计方案（二）

　　单项PFC电路结构示意图

　　

　　基本原理分析

　　单相PFC电路的结构如图1所示，由二极管桥式整流与Boost转换器级联而成，直流输出电压稳定在400V.图1中，1为交流侧输入电压；i 为交流侧输入电流；为整流后全波电压s’为电流参考输入指令电压i 为整流输出电流;R 为检流电阻+R，Rz 为分压电阻；R，为滞环电阻1UR 为in 输出的采样电压$u‘R 为比较器反向端输入电压；slo 为输出直流电压;tl.为滞环比较器输出电压;D2 为理想- 二极管（实际电路中没有）ug为u。截止负反馈输出电区。电路工作条件：输入电压u-（220土220X 100%）V，额定输出电F 4（ 0V，额定输出功率120W）。

　　单相pfc硬件电路设计方案（三）

　　本文采用功率因数校正集成电路UC3854，研制出 1.5KW单相PFC整流电源，其开关频率为100kHz，该电源可用作一次通信开关电源的输入整流电源。

　　

　　主电路图1

　　主电路采用升压型变换电路，其原理图如 图1所示。控制电路采用功率因数校正集成电路UC3854，其原理图如图2所示。UC3854采用平均电流控制方式，该器件具有软起动特性，且具有较高的基准电压（7.5V）与振荡器输出幅值（5V），提高了器件的噪声容限，特别适用于功率较大的场合。

　　对于大功率整流电源，S通常采用两个MOSFET器件并联，由于器件并联，使得栅极输入电容增大，从而导致栅极驱动信号下降沿变缓，引起关断时间过长，产生较大的开关损失。本文采用栅极驱动加速电路来提高器件的关断速度，如图3所示，当器件关断时，三极管T饱和导通，加快了栅极电容的放电速度，从而提高了关断速度，降低了关断损耗。

　　

　　

　　起动浪涌抑制 起动前，V0=0，如突然通电，一方面会产生很大的起动冲击电流，另一方由于L，Co谐振，输出电容的电压可能充电到输入电压峰值的2倍，如输入有效值电压为260V，则输出电压V0可能达到730V。起动产生的高压和大电流将会引起开关管烧坏，必须抑制起动浪涌电流。通常可采用两种抑制起动浪涌方法。一种方法是在输入端串接负温度系数的热敏电阻，这一方法一般在小功率电源中使用。另一种方法是采用在输入电路电阻通过起动，首先通过起动电阻将输出电容充电到电源峰值，然后利用继电器短接电阻，再起动UC3854。其电路图如图4所示。

　　

　　欠压、过压保护在PFC整流电源中也很重要。如果欠压，则为了输出额定功率，必须具有过大的输入电流，电流过大容易引起开关管发热烧坏。如果过压，因为输出电压一般为380V～400V，过高的输入电压峰值，使升压电路功能丧失，则电流过冲，输入电流谐波增大，功率因数降低。欠压，过压保护电路如图5所示，其中上图为过压保护，下图为欠压保护。

　　

　　UC3854内部电路有一个电流反馈控制环。当开关管的电流达到给定则截止，即开关管 每个开关周期都有限流保护。另外，UC3854还可以通过管脚2来抑制峰值电流。

　　单相pfc硬件电路设计方案（四）

　　开关充电器中的单级PFC电路

　　电动车充电器的变换器工作在高频状态下，会对电网造成谐波污染，必须采取有效措施 （如功率因数校正或无功补偿等技术），限制电动车充电器变换器进入电网的总谐波量。就目前而言，充电变换器必须满足IEEE519-1992标准或类似的标准。要满足这些标准，根据不同充电等级要求，充电器变换器可以选择单级或两级结构的PFC电路与充电功能一体化的充电器。为了进一步提高变换效率，在高频下工作可以采用软开关电路，以减少开关管的损耗。