开关电源PFC及其工作原理(图文)

1时间由于对电容C进行充电，电容上电压Uc达到输入交流电的峰值，由于电容上电压不能突变，使在t1~t3期间，二极管右边电压为Uc，而左边电压在t2时间电压由峰值逐渐下降为零，t1~t3期间二极管反偏截止，此期间电流为零。(增加滤波电容C后第一个交流电的正半周，二极管的导通角为900 )

在(1800～3600)t3～t4时间：二极管反偏无电压及电流。(二极管截止)

在(3600～4100)t4～t5时间：由于在t3~t4时间二极管反偏，不对C充电，C上电压通过负载放电，电压逐渐下降(下降的幅度由C的容量及R的阻值大小决定，如果C的容量足够大，而且R的阻值也足够大，其Uc下降很缓慢。)在t4~t5期间尽管二极管左边电压在逐步上升，但是由于二极管右边的Uc放电缓慢右边的电压Uc仍旧大于左边，二极管仍旧反偏截止。

在(4100～5400)t5～t7时间：t5时间二极管左边电压上升到超过右边电压二极管导通对负载供电并对C充电，其流过二极管的电流较大，到了t6时间二极管左边电压又逐步下降，由于Uc又充电到最大值，二极管在t6~t7时间又进入反偏截止。

结论：在有滤波电容的整流电路中，供电电路的电压和电流波形完全不同，电流波形;在短时间内呈强脉冲状态，极管导通角小于1800(根据负载R和滤波电容C的时间常数而决定)。该电路对于供电线路来说，由于在强电流脉冲的极短期间线路上会产生较大的压降(对于内阻较大的供电线路尤为显著)使供电线路的电压波形产生畸变，强脉冲的高次谐波对其它的用电器具产生较强的干扰。

怎样进行功率因素校正：

功率因素校正(PFC)

我们目前用的电视机由于采用了高效的开关电源，而开关电源内部电源输入部分，无一例外的采用了二极管全波整流及滤波电路，如图6A，其电压和电流波形如图6B

A B

图6

为了抑止电流波形的畸变及提高功率因数，现代的功率较大(大于85W)具有开关电源(容性负载)的用电器具，必须采用PFC措施，PFC有;有源PFC和无源PFC两种方式。

目前部分CRT厂家 对部分电视机的改进

不使用晶体管等有源器件组成的校正电路。一般由二极管、电阻、电容和电感等无源器件组成，向目前国内的电视机生产厂对过去设计的功率较大的电视机，在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感(适当选取电感量)，利用电感上电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，改善供电线路电流波形的畸变，并且在电感上电压超前电流的特性也补偿滤波电容电流超前电压的特性，使功率因数、电磁兼容和电磁干扰得以改善，如图7。

图7

此电路虽然简单，可以在前期设计的无PFC功能的设备上，简单的增加一个合适的电感(适当的选取L和C的值)，从而达到具有PFC的作用，但是这种简单的、低成本的无源PFC输出纹波较大，滤波电容两端的直流电压也较低，电流畸变的校正及功率因数补偿的能力都很差，而且L的绕制及铁芯的质量控制不好，会对图像及伴音产生严重的干扰，只能是对于前期无PFC设备使之能进入市场的临时措施。

有源PFC电路的原理

有源PFC则是有很好的效果，基本上可以完全的消除电流波形的畸变，而且电压和电流的相位可以控制保持一致，它可以基本上完全解决了功率因数、电磁兼容、电磁干扰的问题，但是电路非常的复杂，其基本思路是在220V整流桥堆后去掉滤波电容(以消除因电容的充电造成的电流波形畸变及相位的变化)，去掉滤波电容后由一个“斩波”电路把脉动的直流变成高频(约100K)交流再经过整流滤波后，其直流电压再向常规的PWM开关稳压电源供电，其过程是; AC→DC→AC→DC。

有源PFC的基本原理是在开关电源的整流电路和滤波电容之间增加一个DC-DC的斩波电路图8(附加开关电源)，对于供电线路来说该整流电路输出没有直接接滤波电容，所以其对于供电线路来说呈现的是纯阻性的负载，其电压和电流波形同相、相位相同。斩波电路的工作也类似于一个开关电源。所以说有源PFC开关电源就是一个双开关电源的开关电源电路，它是由斩波器(我们以后称它为：“PFC开关电源”)和稳压开关电源(我们以后称它为：“PWM开关电源”)组成的。

图8

斩波器部分(PFC开关电源)

整流二极管整流以后不加滤波电容器，把未经滤波的脉动正半周电压作为斩波器的供电源，由于斩波器的一连串的做“开关”工作脉动的正电压被“斩”成图9的电流波形，其波形的特点是：1、电流波形是断续的，其包络线和电压波形相同，并且包络线和电压波形相位同相。2、由于斩波的作用，半波脉动的直流电变成高频(由斩波频率决定，约100KHz)“交流”电，该高频“交流”电要再次经过整流才能被后级PWM开关稳压电源使用。3、从外供电总的