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一、功率因數(shù)校正概述

功率因數(shù)校正（PFC）是電子設(shè)備中用于提升功率因數(shù)的一系列技術(shù)方法，主要分為有源 PFC 和無源 PFC 兩種方式。在開關(guān)電源的內(nèi)部電源輸入部分，通常會(huì)采用二極管全波整流及濾波電路，其電壓和電流波形如下圖所示。

低功率因數(shù)主要是由信號(hào)中的位移或失真所引起的。對(duì)于位移導(dǎo)致的功率因數(shù)下降，相對(duì)容易解決。因?yàn)殡娙菘梢允瓜辔磺耙疲姼锌梢允瓜辔缓笠?。如果系統(tǒng)的電流波形滯后于電壓波形，只需在電路中添加一個(gè)具有合適阻抗的電容，就能使電流波形的相位前移，直至與電壓波形同相。

二、無源 PFC 原理與特點(diǎn)

無源 PFC 通常由二極管、電阻、電容和電感等無源器件構(gòu)成。一般是在整流橋堆和濾波電容之間加入一個(gè)電感，通過合理選擇電感量，利用電感上電流不能突變的特性來平滑電容充電時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)脈沖波動(dòng)，從而改善供電線路電流波形的畸變。同時(shí)，電感上電壓超前電流的特性也能補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性，進(jìn)而使功率因數(shù)、電磁兼容性和電磁干擾性能得到提升。

無源 PFC 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在前期未設(shè)計(jì) PFC 功能的設(shè)備上，可以通過增加一個(gè)合適電感（適當(dāng)選取 L 和 C 的值），使其具備一定的 PFC 功能。然而，這種簡(jiǎn)單的、低成本的無源 PFC 方案存在一些不足，輸出紋波較大，濾波電容兩端的直流電壓相對(duì)較低，且對(duì)電流畸變的校正及功率因數(shù)補(bǔ)償能力有限。此外，如果電感 L 的繞制工藝及鐵芯質(zhì)量控制不佳，可能會(huì)對(duì)圖像及伴音產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，因此無源 PFC 通常只作為前期無 PFC 設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)的臨時(shí)解決方案。

三、有源 PFC 原理與優(yōu)勢(shì)

有源 PFC 能夠取得很好的效果，幾乎可以完全消除電流波形的畸變，并且能夠使電壓和電流的相位保持一致，從而基本解決了功率因數(shù)、電磁兼容性和電磁干擾等問題。不過，有源 PFC 電路相對(duì)復(fù)雜，其基本思路是在 220V 整流橋堆后去掉濾波電容（以避免因電容充電導(dǎo)致的電流波形畸變及相位變化）。去掉濾波電容后，通過一個(gè) “斬波” 電路將脈動(dòng)的直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電（約 100KHz），經(jīng)過再次整流濾波后，得到的直流電壓再向常規(guī)的 PWM 開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，其過程為：AC→DC→AC→DC。

有源 PFC 的基本原理是在開關(guān)電源的整流電路和濾波電容之間增加一個(gè) DC-DC 斬波電路。對(duì)于供電線路而言，該整流電路輸出端未直接連接濾波電容，因此對(duì)供電線路呈現(xiàn)出純阻性負(fù)載，使得電壓和電流波形同相。斬波電路的工作原理類似于開關(guān)電源，所以有源 PFC 開關(guān)電源實(shí)際上是一個(gè)雙開關(guān)電源電路，由斬波器（“PFC 開關(guān)電源”）和穩(wěn)壓開關(guān)電源（“PWM 開關(guān)電源”）共同組成。

四、PFC 電路 MOS 管的選型與應(yīng)用

烜芯微半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 MOS 管具有諸多優(yōu)勢(shì)。其恢復(fù)時(shí)間較短，溫度對(duì)開關(guān)行為的影響較小，標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍廣泛，為 - 55℃到 175℃，這大大降低了對(duì)散熱器的需求。同時(shí)，烜芯微 MOS 管具備超快的開關(guān)速度且無反向恢復(fù)電流，能夠顯著降低開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)卓越的能效。更快的開關(guān)速度還使得制造商可以減小產(chǎn)品中電磁線圈以及相關(guān)無源組件的尺寸，從而提高組裝效率，減輕系統(tǒng)重量，并降低物料（BOM）成本。