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一、功率因數(shù)詳解

功率因數(shù)反映了電源輸出有功功率的能力。在直流電路中，功率由電壓（V）與電流（A）的直接乘積確定。交流系統(tǒng)則更為復(fù)雜，存在部分交流電流在負(fù)載中循環(huán)卻不傳輸電能的現(xiàn)象，這類(lèi)電流被稱(chēng)為電抗電流或諧波電流。它的存在導(dǎo)致視在功率（電壓Volt乘電流Amps）超出實(shí)際功率，而功率因數(shù)即為實(shí)際功率與視在功率的比值，用于量化兩者之間的關(guān)系。

二、功率因數(shù)校正電路原理

PFC電路通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電流波形，使其與輸入電壓波形盡可能吻合，以此降低諧波成分，提升功率因數(shù)。

（一）關(guān)鍵組成部分

整流電路：負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。然而，由于整流電路具有非線(xiàn)性特性，輸入電流會(huì)呈現(xiàn)脈沖狀，進(jìn)而引發(fā)電流波形畸變，致使功率因數(shù)下滑。

濾波電路：常規(guī)做法是采用大電容進(jìn)行濾波，但這種方式可能會(huì)加劇電流波形畸變程度。

PFC控制電路：通過(guò)精準(zhǔn)控制輸入電流波形，促使其接近正弦波并與電壓保持同相位。這通常是借助調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)達(dá)成。

（二）無(wú)源PFC與有源PFC

無(wú)源PFC：由二極管、電阻、電容和電感等無(wú)源器件構(gòu)成。其優(yōu)勢(shì)在于成本低廉，但校正效果相對(duì)有限，通常僅適用于簡(jiǎn)單的應(yīng)用情境。在整流橋堆與濾波電容之間添加一只電感（需合理選擇電感量），借助電感上電流不可突變的特性，平滑電容充電時(shí)產(chǎn)生的脈沖波動(dòng)，改善供電線(xiàn)路電流波形畸變狀況，并且利用電感上電壓超前電流的特性，補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性，進(jìn)而提升功率因數(shù)，優(yōu)化電磁兼容與電磁干擾表現(xiàn)。

不過(guò)，這種補(bǔ)償方式并非真正的無(wú)源PFC電路，只能視為一種基礎(chǔ)的補(bǔ)償手段，適用于前期未配備PFC功能的設(shè)備。通過(guò)簡(jiǎn)單增加合適電感（合理選取L和C的值），實(shí)現(xiàn)抑制電流瞬時(shí)突變的目的。但該方法存在輸出紋波較大、濾波電容兩端直流電壓較低、電流畸變校正及功率因數(shù)補(bǔ)償能力欠佳等問(wèn)題，而且電感繞制及鐵芯質(zhì)量若把控不嚴(yán)，可能會(huì)對(duì)圖像和伴音造成嚴(yán)重干擾，總體而言，只能作為前期無(wú)PFC設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)的臨時(shí)過(guò)渡方案。

有源PFC：運(yùn)用晶體管等有源器件，結(jié)合更為復(fù)雜的控制策略來(lái)調(diào)整輸入電流波形。優(yōu)勢(shì)在于校正效果顯著，適用于對(duì)功率因數(shù)要求嚴(yán)苛的場(chǎng)合，但相應(yīng)地成本較高，設(shè)計(jì)難度也更大。在220V整流橋堆后去除濾波電容（以此消除電容充電引發(fā)的電流波形畸變及相位變化），借助一個(gè)“斬波”電路，將脈動(dòng)的直流電轉(zhuǎn)換為高頻（約100kHz）交流電，經(jīng)再次整流濾波后，所得直流電壓向常規(guī)的PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電，整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷AC→DC→AC→DC的轉(zhuǎn)變。

有源PFC電路的核心原理是在開(kāi)關(guān)電源的整流電路與濾波電容之間增設(shè)一個(gè)DC－DC的斬波電路。對(duì)于供電線(xiàn)路而言，由于該整流電路輸出未直接連接濾波電容，因此呈現(xiàn)出純阻性負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)電壓和電流波形同相、相位一致。斬波電路的工作機(jī)制類(lèi)似開(kāi)關(guān)電源，所以有源PFC開(kāi)關(guān)電源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙開(kāi)關(guān)電源電路，由斬波器與穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源協(xié)同組成。

三、功率因數(shù)校正電路的作用

PFC電路廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備，尤其在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。借助PFC電路，開(kāi)關(guān)電源的輸入電流波形得以?xún)?yōu)化，諧波成分得以削減，電網(wǎng)的穩(wěn)定性與效率得以提升。除此之外，PFC電路還能有效降低電磁干擾（EMI），增強(qiáng)設(shè)備的電磁兼容性（EMC），對(duì)于電子設(shè)備的可靠運(yùn)行及性能表現(xiàn)具有重要的保障和促進(jìn)作用。
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