功率因數(shù)校正詳解,功率因數(shù)校正電路介紹
一、功率因數(shù)基礎

功率因數(shù)被明確定義為設備傳輸至輸出端的能量與從輸入電源獲取的總能量之比。聚焦于整流電路，為提升輸出直流的平滑性，輸出端通常并聯(lián)濾波電容。然而，此類濾波電容的接入會導致交流輸入電壓與輸入電流間出現(xiàn)相位偏移。基于功率因數(shù)的定義 —— 有效功率與視在功率的比值，且當 AC 電壓和電流間的相位差為 φ 時，功率因數(shù)（PF）=cosφ。低功率因數(shù)不利于電路效率，因此提升 PF 成為關鍵訴求。但整流電路中，僅當 AC 電壓高于濾波電容兩端電壓 Vc 時才有輸入電流，這一特性致使 AC 電流波形偏離正弦，對功率因數(shù)造成嚴重影響。為矯正 AC 電流波形，使其盡量復歸正弦形態(tài)，功率因數(shù)校正（PFC）電路應運而生。

二、功率因數(shù)低的主要成因

（一）位移

當電路中電壓和電流波形呈現(xiàn)異相狀態(tài)時，位移現(xiàn)象隨之產(chǎn)生，這通常與電路中的電感或電容等電抗元件密切相關。

（二）失真

波形的原始輪廓若發(fā)生畸變，即為失真，一般由整流器等非線性電路引發(fā)。此類非線性波蘊含豐富的諧波成分，進而導致電網(wǎng)電壓失真。

三、功率因數(shù)校正（PFC）策略

PFC 著力于提升設備功率因數(shù)，依據(jù)校正對象差異，采用不同方法。

（一）位移問題解決

常規(guī)做法是引入外部無功元件，對電路總無功功率實施補償，以此化解位移問題。

（二）失真問題解決

無源功率因數(shù)校正（PFC） ：借由無源濾波器濾除諧波，達成提升功率因數(shù)的目標。此方法在低功率場景應用較廣，但在高功率場景下，其校正效果難以令人滿意。

有源功率因數(shù)校正（PFC） ：倚仗開關變換器對失真波進行調(diào)制，重塑其為正弦波。重塑后的信號中，諧波僅存在于開關頻率處，便于后續(xù)濾除。盡管有源 PFC 是當下最優(yōu)的功率因數(shù)校正手段，但卻提升了設計復雜度。

四、功率因數(shù)校正電路應用實例分享

（一）MPS 推出的 MP44010 控制器

MP44010 作為 BCM 功率因數(shù)校正器，與升壓變換器配合使用時，其 ZCS 引腳肩負起檢測電感放電時刻并激活 MOSFET（如圖中 Q1）的重任。此外，該器件還可對電流和電壓實施比較操作，并依此調(diào)整電流峰值，使其契合輸入電壓波形，實現(xiàn)精準校正。

（二）MOSFET 并聯(lián)型 PFC（PFC with parallel MOSFETs）

在應對大電源輸入場景時，采用多個 MOSFET 并聯(lián)的策略，可巧妙分流電流，進而降低開關損耗。不過，為保障并聯(lián)效益，務必確保每個 MOSFET 的電氣特性和驅(qū)動條件高度一致，這對電路設計與元件選型提出了更為嚴苛的要求，旨在實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的功率傳輸，優(yōu)化功率因數(shù)表現(xiàn)。

功率因數(shù)的提升對于電路的高效運行及能源的合理利用至關重要。深入理解功率因數(shù)的定義、成因以及 PFC 技術的原理與應用，能夠為相關領域工程師提供堅實的技術支撐，助力設計出性能卓越的電力電子設備。