微功耗清洁能源存贮系统

压，必须在馒头波电压Vd之上叠加波形如(1-SinX)的补偿电压。其结果正是我们为之期待的，直流补偿电路对馒头波电压进行补偿的过程，正是功率因数校正的过程。

在此过程中，输入馒头波电压Vd之所以成为直线输出电压Vo，那是因为在其上叠加了补偿电压Vc 。补偿电压Vc是经过功率变换而来，但输入馒头波电压Vd不必经过任何功率变换，直接到达输出端，成为输出功率。这正是微功耗功率因数校正器的最大特点：只要把输入功率中极小部份(补偿电压的获得)进行功率变换，就可以得到全部输出功率，即输入功率中极大部份(整个馒头波电压)既不必进行实际的功率变换，也不必通过磁芯变压器或电感传递，直接到达输出端，成为输出功率。其变换效率可视为100%。

图4 单相微功耗功率因数校正器

图4电路中，V2是市电，通过由D3-D6组成的整流桥后，成为馒头波电压Vd(即电容C2上的电压)，与电容C3并联，馒头波电压补偿的过程与图4直流电压补偿的过程完全相同，图4右边是馒头波电压补偿电路各点电压、电流的仿真波形，从上到下依次是：输入电压Vi、补偿电压Vc、输入电流Ii 。单从几何图形理解，补偿电压Vc是一个倒置的馒头波，把这个倒置的馒头波叠加在一个正向馒头波之上，其结果当然成为一条直线，因为倒置的馒头波和正向馒头波在几何图形上是互补的，这其实是公式Vo=Vi+Vc=SinX+(1-SinX)=1的真谛。

图5是单相微功耗功率因数校正器的实用电路，MOS功率管驱动信号由控制芯片UC1825提供，并不需要UC3854等功率因数校正的专用芯片。

进行微功耗功率因数校正，用不着把输入功率全部变换成方波电压，只需要把输入馒头波电压补偿成直流电压即可。经过电压补偿后的馒头波电压，成为一条直线，意味着与市电所有幅值相对应的所有时刻，输入电流都有机会对滤波电容充电，即都有电流从网侧流出，输入电流自然与输入电压同步。从图6右边最下面的波形可以看出，输入电流波形完全是正弦波。图4的馒头波电压的补偿电路，实际上就是微功率耗功率因数校正器的原理电路。可以看到，功率因数校正电路中，负载电阻R1并联了大电容C3滤波，并不是纯电阻负载。

图5右边是单相微功耗功率因数校正器实用电路各点电压、电流的仿真波形，从上到下依次是：输出电压Vo、输入电压Vi、馒头波电压Vd、补偿电压Vc、输入电流Ii，当把馒头波电压Vd补偿成直流电压以后，输入电流的波形自然成为正弦波波形。

功率因数的定义是[1]：PF=P/S。对于一个封闭系统来说，PF的极大值等于1，因为有功功率P是视在功率S的一部份，而且仅当无功功率等于零的时候，才有S=P，从而PF=1。上述电压补偿电路正是这样一个封闭系统，其中的补偿电压Vc来自馒头波电压Vd。但是，对于一个开放系统，情形就不一样：如果产生补偿电压Vc的功率Pout来自系统外，经电压补偿后，输入电流波形与输入电压波形完全同步，系统从网侧仅吸收有功功率，网侧波形也不发生畸变，无功功率为零，则有P=S，但此时功率因数PF=(P+Pout)/S，显然，此时有PF>1，即功率因数大于100%，此式说明，采用微功耗功率因数校正，PFC可以大于100%。

图5单相微功耗功率因数校正器

图6电路中，市电进行倍压整流，具有正负对称电压输出，正负对称电压接有对称的功率因数校正电路，以地为对称轴，对称的上下两部份电路都与图5相同，只不过下部份电路中的二极管反向、功率MOS管换成P型器件。上下对称的正负功率因数校正电路各处理10ms的输入电压，互不干扰。图6右边是正负对称电压时输入交流电压、交流电流的仿真波形，输入电流Ii的波形为正弦波，与输入电压完全同步。具有正负对称电压输出的功率因数校正电路，可应用于需要正负对称电路输入的逆变电路。

图6 单相输入正负对称直流输出功率因数校正电路

图7是采用星形接法的三相微功耗功率因数校正器的实用电路。把图4直流电压补偿电路中的电池V2用星形接法的三相整流后的馒头波电压Vd取代，功率MOS管Q1的驱动信号由芯片UC1825提供，工作原理和单相微功耗功率因数校正器电路完全相同，此处不再重复。

图7右边是各点电压、电流的仿真波形，从上到下依次是：整流电压Vd，输入电流Ia、Ib、Ic。从仿真波形可以看到，图8右边下部份的输入电流仿真波形和图2中间下部份的输入电流的仿真波形完全相同，说明经过三相功率因数校正后，输入电流波形和纯电阻负载时输入电流波形完全相同，亦即说明采用电压补偿电路进行功率因数校正达到了功率因数为1，而总谐波畸变THD为零的效果。必须说明的是，三相微功耗功率因数校正器的负载电阻R2并联有大电容C5，并不是纯电阻负载，