1 导言
开关电源以其功率高、功率密度高而在电源领域中占主导地位。但传统的开关电源存在一个丧命的缺陷，功率因数低，一般为0.45～0.75，并且其无功分量根本上为高次谐波，其间3次谐波起伏约为基波起伏的95%，5次谐波起伏约为基波起伏的70%，7次谐波起伏约为基波起伏的45%，9次谐波起伏约为基波起伏的25%。许多高次谐波电流倒灌回电网，对电网形成严峻的污染。为此，IEC(世界电工委员会)拟定了约束高次谐波的世界规范，最新规范为IEC1000-3-2D类。美国、日本、欧洲等发达国家已拟定了相应规范，并强制执行，关于不满足谐波规范的开关电源不允许上电网。我国也拟定了相应规范。因而，跟着减小谐波规范的广泛使用，更多的电源规划需求结合功率因数校对(PFC)功用 [1]~[4]。
2 高次谐波和功率因数校对的联系
一般开关电源输入市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不接连的脉冲。这种电流除了基波分量外，还含有许多的谐波。其有用值I为：
式(1)中：I1，I2，…，In别离表明输入电流的基波分量与各次谐波分量。
谐波电流使电力体系的电压波形发生畸变，将各次谐波有用值与基波有用值的比称为总谐波畸变THD(Total Harmonic Distortion)。
它用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，它对本身及同一体系的其他电子设备发生恶劣的影响，如引起电子设备的误操作，引起电话网噪音，引起照明设备的妨碍，形成变电站的电容、扼流圈的过热、烧损等。
功率因数界说PFC=有功功率/视在功率，是指被有用运用功率的百分比。没有被运用的无效功率则在电网与电源设备之间往复活动，不只添加线路损耗，并且成为污染源。
设电容输入型电路的输入电压为：
输入电流为：
则有用功率Pac为：
则有用功率Pap为：
从式(2)、(5)可见，按捺谐波分量即可到达减小THD、进步功率因数的意图。
3 功率因数校对的完成办法
从不同的视点看，功率因数校对技能有不同分类办法。从电网供电办法可分为单相PFC电路和三相PFC电路;从选用的校对机理可分为无源功率因数校对(PPFC)和有源功率因数校对(Active Power Factor Correction，简称APFC)两种。
无源功率因数校对技能呈现最早，一般由大容量的电感、电容组成。它仅仅针对电源的全体负载特性体现，在开关整流器的沟通输入端参加电感量很大的低频电感，以减小滤波电容充电电流尖峰。因为参加的电感体积大，添加了开关整流器的体积，此办法尽管简略，但作用不很抱负，适于使用到分量体积不受约束的小型设备。
有源功率因数校对是用一个转化器串入整流滤波电路与DC/DC转化器之间(根本原理如图1所示)，经过特别的操控逼迫输入电流跟从输入电压，反应输出电压使之安稳，然后使DC/DC转化器的输入完成预稳。这种办法的特点是操控杂乱，但体积大大减小，规划也易优化，然后进一步进步了功能。因为这个计划中使用了有源器材，故称为有源功率因数校对。
从原理图来看，APFC根本电路便是一种开关电源，但它与传统开关电源的差异在于：DC/DC改换之前没有滤波电容，电压是全波整流器输出的半波正弦脉动电压，这个正弦半波脉动直流电压和整流器的输出电流与输出的负载电压都遭到实时的检测与监控，其操控的结果是到达全波整流器输入功率因数近似为1。
4 功率因数校对技能的分类
现在市场上运用较多的是单相高频开关电源，针对这种状况，咱们对单相有源功率因数校对(APFC)作一简略分类。
一般首要有两种根本的APFC：一种是改换器作业在不接连导电形式的“电压跟从器”型;另一种是改换器作业在接连导电形式的“乘法器”型。别的，还有三电平PFC技能、单周期操控的PFC技能和不接连电容电压形式PFC技能等。还能够从选用的软开关技能的视点进一步对上述两种形式的APFC加以分类。
从软开关特性来区分，APFC电路可分为两类，一类是零电流开关(ZCS)PFC技能，另一类是零电压开关(ZVS)PFC技能。按软开关的详细完成办法还可进一步区分为：并联谐振型、串联谐振型、串并联谐振型以及准谐振型等软开关谐振APFC技能[5]。
从操控办法来分，APFC电路能够选用脉宽调制(PWM)、频率调制(FM)、数字操控、单环电压反应操控、双环电流形式操控等多种操控办法。
单相有源功率因数校对按拓扑结构可分为两级形式和单级形式。
4.1两级有源功率因数校对
现在研讨的两级PFC电路是由两级转化器组成：榜首级是PFC转化器，意图在于进步输入的功率因数并按捺输入电流的高次谐波;第二级为DC/DC转化器，意图在于调理输出以便与负载匹配。详细完成办法许多，在通信誉大功率开关整流器中，首要选用的办法是在主电路输入整流和功率转化电路之间串入一个校对的环节(Boost PFC电路)。典型的两级转化器的结构如图2所示。
因为两级别离有自己的操控环节，所以电路有杰出的功能。它具有功率因数高、输入电流谐波含量低，以及可对DC/DC转化器进行优化规划等长处。但两级PFC电路也有两个首要缺陷：一是因为有两套设备，添加了器材的数目和本钱;二是能量经两次转化，电源的功率也会有所下降。因而，两级PFC电路一般使用于功率较大的电路中。关于小功率的场合，因为本钱及体积的约束，一般选用单级功率因数校对电路。
4.2单级有源功率因数校对
单级PFC技能的根本思想，是将有源PFC转化器和DC/DC转化器合二为一。两个转化器共用一套开关管和操控电路(电路如图3所示)，因而单级PFC技能下降了本钱，进步了功率，减小了电路的分量和体积。
单级PFC电路具有许多长处：PFC级和DC/DC级共用1个开关管，共用1套操控电路，这就使得电路规划大为简捷，下降了硬件本钱;改换中能供给任何选定的电压和电流比;因为功率完成的是一次性改换，所以能取得较高的功率和可靠性。单级PFC电路正因为具有这些优秀的功能而越来越得到广泛的研讨和使用。
可是，与传统的两级式DC/DC转化器比较，单级PFC转化器要接受更高的电压应力，有更多的功率损耗。这个问题在开关频率较高时显得尤为杰出。并且，因为开关作业频率不断进步所带来的电磁搅扰问题也日益严峻，明显影响了转化器作业的可靠性和频率的进步。单级计划中还存在储能电容电压过高的状况，并且储能电容电压跟着输入电压及负载的改变而升高，这将会导致电路的稳态特性遭到必定的影响，一起某些元器材的体积本钱会有所进步，这都是等待处理的问题。经过比较可知，在输出功率相同的状况下，单级功率因数校对电路在功率因数校对才能和电源的转化功率等方面，相关于两级功率因数校对电路而言，相对要差一些。近些年，专家学者先后提出了许多零电压及零电流软开关技能，特别是将软开关技能与单级阻隔型PFC技能结合在一起的办法，别的，怎样下降储能%&&&&&%上的电压也是现在单级功率因数校对研讨的热门。
5 有源功率因数校对的操控办法
依据电感电流是否接连，APFC有下面几种作业形式：不接连导通形式DCM(Discontinuous Conduction Mode)和接连导通形式CCM(Continuous Conduction Mode)。一般以为，选用电流接连导通办法，可利于完成输入EMI滤波电路小型化，并可使电流应力减小，完成高功率[6]- [7]。
DCM操控又称电压盯梢办法(Voltage Follower)，它是PFC中简略而有用的一种操控办法。这类转化器作业在不接连导电形式，开关管由输出电压差错信号操控，开关周期为常数。因为峰值电感电流根本上正比于输入电压，因而，输入电流波形跟从输入电压波形改变。
DCM操控办法的长处是：(1)电路简略，不需求乘法器;(2)功率管完成零电流注册(ZCS)且不接受二极管的反向恢复电流;(3)输入电流主动盯梢电压且坚持较小的电流畸变率。
可是DCM办法存在着以下两个首要问题：(1)因为电感电流不接连，形成电流纹波较大，对滤波电路要求高;(2)开关管电流应力高，在平等容量状况下，DCM中开关器材经过的峰值电流是CCM的两倍，由此导致通态损耗添加，因而只适用于小功率的场合。
中大功率电路一般选用CCM作业办法，而CCM依据是否直接选取瞬态电感电流作为反应量，又可分为直接电流操控和直接电流操控。直接电流操控检测整流器的输入电流作为反应和被控量，具有体系动态呼应快、限流简单、电流操控精度高级长处。直接电流操控有峰值电流操控(PCMC)，滞环电流操控(HCC)，均匀电流操控(ACMC )，猜测瞬态电流操控(PICC)，线性峰值电流操控(LPCM)，非线性载波操控(NLC)等办法。CCM操控办法的长处为：(1)输入和输出电流纹波小，THD和EMI小;(2)器材导通损耗小;(3)适用于大功率场合。
APFC的操控电路办法许多，为使操控部分简略化、小型化，己有%&&&&&%厂家生产出各种不同功能和用处的专用%&&&&&%，一般操控办法有两类：运用乘法器操控法及电压跟从器办法。乘法器操控法包含：电流峰值操控、电流滞环操控以及均匀电流操控，电压跟从器办法包含：零电流连
