PFC原理
这些项目都是我攻读研究生的的项目经验，我会定期在全网发布，争取做到周更吧。
1.PFC缘起
APFC（Active Power Factor Correction），有源功率矫正技术是相对于无源的功率矫正技术而言。开关电源技术（DC-AC-DC变换）给工业生产和生活带来了极大的便利。但是开关电源的输入级往往采用不控整流的晶闸管控制。虽然这种威廉希尔官方网站
结构简单，但是前级二极管的不可控性导致输入电流不是正弦波，威廉希尔官方网站
的功率因数下降。下图展示了开关电环的威廉希尔官方网站
拓扑结构。
为了切实提高系统输入端的功率因数，最早使用的无源功率矫正技术在二极管整流威廉希尔官方网站
后增加电感、电容等元件抑制威廉希尔官方网站
中的电流脉冲，降低谐波含量，提高功率因数。往往无源功率因数校正技术仅能校正功率因数至0.8左右，并非首选。为了提高系统功率因数达到接近1，往往采用有源功率因数校正技术。
2.PFC拓扑&控制
典型PFC威廉希尔官方网站
拓扑如下图所示。为了切实提高二极管整流侧的功率因数，在二极管后增加一个DC/DC变换的部分，用于控制电压和电流的变换，增加系统输入端的功率因数。
理论上，后面的直流变换可以采用目前已知的任意一种直流变换，但最常见的是基于Boost威廉希尔官方网站
的PFC变换器。Boost威廉希尔官方网站
采用的开关管的源极是接地的，相比其它威廉希尔官方网站
拓扑更容易驱动，并且具有相对简单的威廉希尔官方网站
拓扑。
功率因数校正技术，往往采用双闭环控制。通过控制输出的直流电压稳定在给定的输出电压附近，而输入的交流电流和输入电压频率保持一致，相位差接近0。
接下来讨论一个问题：电压环还是电流环适合在内环？双闭环控制规律要求：**内环相比外环有更强额抗扰动性，变换较快的变量往往处于内环的位置。**因而，内环电流环以及外环电压环。双闭环的控制规律图如下图所示：
外环的误差值需要和输入电压的绝对值相乘，作为内环电流的给定量。测量的电流需要通过低通滤波器（LPF Low Pass Filter）滤除其中高频的噪声信号，提取主干信号。往往采用的滤波器的传递函数满足：
K 1 + T s frac{K}{1+Ts} 1+TsK
拉式变换映射到傅里叶变换满足：
G （ j w ） = K 1 + j w T = K 1 + （ w T ） 2 e − j 。 a r c t a n （ w T ） G（jw）=frac{K}{1+jwT}=frac {K}{sqrt{1+{（wT）}^2}}e^{-j.arctan（wT）} G（jw）=1+jwTK=1+（wT）2 Ke−j.arctan（wT）
产生的信号经过锯齿波形调制产生对应PWM波形。锯齿波形的频率决定PWM的频率。
PFC后级涉及到直流直流变换，不可避免谈及PFC的三种工作模式，代表三种电流控制策略：CCM（Continuous Conduction Mode）、CrM（Critical Conduction Mode）以及DCM（Discontinuous Conduction Mode）。
CCM工作模式电流波形：
在CCM模式下。电流拥有最小峰值，并且电流接近正弦波形。但是CCM模式使用的电感容量比较大。往往CCM模式都是在硬开关工作模式下会出现的波形。
CrM模式的开关频率不固定，电流峰值以及电感容量大小都是处于中间的位置。
DCM模式会引发最大的电感电流，但同时可以使用最小容量的电感。
CrM和DCM往往是软开关控制策略下产生的电流波形，相比CCM工作模式有更低的损耗。
随着时代的发展，不同种类的PFC拓扑被提出。这些新的拓扑或可以拥有更好的控制、驱动效果，或可以节约使用的元器件个数。下图给出了一些新式的PFC拓扑：
第一种是基本无桥型PFC。这种PFC相比传统PFC减少2个二极管的使用，但是将Boost威廉希尔官方网站
对应的二极管更换为MOS管同步整流。
第二种是双二极管无桥PFC。其中两个MOS管的源极直接和地相连，方便MOS进行驱动。同时这种威廉希尔官方网站
拓扑可以有效降低共模干扰。如果没有第三代半导体的出现，这种拓扑结构可能会是商业化最广泛的威廉希尔官方网站
。
第三种是双向开关型无桥Boost PFC，威廉希尔官方网站
的共模干扰小。这种威廉希尔官方网站
由于两个开关管都是高频工作，不适宜工作在CCM模式下。
图腾柱无桥PFC被提出时，因为器件个数少，共模干扰小的原因被认为是最有希望的威廉希尔官方网站
。但是传统的功率器件体二极管的反向恢复时间远远大于独立二极管的反向恢复时间，导致器件的反向损耗严重，严重制约PFC工作效率。传统器件的图腾柱无桥PFC无法工作在CCM模式下，仅仅可以工作在CrM或DCM模式下。
如果没有第三代半导体的出现，可能这种拓扑根本无法被广泛使用。但是新一代的半导体，由于极低的反向恢复时间，并且拥有更低的通态损耗，成为图腾柱无桥PFC威廉希尔官方网站
的首选。
有第三代半导体的出现，可能这种拓扑根本无法被广泛使用。但是新一代的半导体，由于极低的反向恢复时间，并且拥有更低的通态损耗，成为图腾柱无桥PFC威廉希尔官方网站
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这些项目都是我攻读研究生的的项目经验，我会定期在全网发布，争取做到周更吧。
1.PFC缘起
APFC（Active Power Factor Correction），有源功率矫正技术是相对于无源的功率矫正技术而言。开关电源技术（DC-AC-DC变换）给工业生产和生活带来了极大的便利。但是开关电源的输入级往往采用不控整流的晶闸管控制。虽然这种威廉希尔官方网站
结构简单，但是前级二极管的不可控性导致输入电流不是正弦波，威廉希尔官方网站
的功率因数下降。下图展示了开关电环的威廉希尔官方网站
拓扑结构。
为了切实提高系统输入端的功率因数，最早使用的无源功率矫正技术在二极管整流威廉希尔官方网站
后增加电感、电容等元件抑制威廉希尔官方网站
中的电流脉冲，降低谐波含量，提高功率因数。往往无源功率因数校正技术仅能校正功率因数至0.8左右，并非首选。为了提高系统功率因数达到接近1，往往采用有源功率因数校正技术。
2.PFC拓扑&控制
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拓扑如下图所示。为了切实提高二极管整流侧的功率因数，在二极管后增加一个DC/DC变换的部分，用于控制电压和电流的变换，增加系统输入端的功率因数。
理论上，后面的直流变换可以采用目前已知的任意一种直流变换，但最常见的是基于Boost威廉希尔官方网站
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采用的开关管的源极是接地的，相比其它威廉希尔官方网站
拓扑更容易驱动，并且具有相对简单的威廉希尔官方网站
拓扑。
功率因数校正技术，往往采用双闭环控制。通过控制输出的直流电压稳定在给定的输出电压附近，而输入的交流电流和输入电压频率保持一致，相位差接近0。
接下来讨论一个问题：电压环还是电流环适合在内环？双闭环控制规律要求：**内环相比外环有更强额抗扰动性，变换较快的变量往往处于内环的位置。**因而，内环电流环以及外环电压环。双闭环的控制规律图如下图所示：
外环的误差值需要和输入电压的绝对值相乘，作为内环电流的给定量。测量的电流需要通过低通滤波器（LPF Low Pass Filter）滤除其中高频的噪声信号，提取主干信号。往往采用的滤波器的传递函数满足：
K 1 + T s frac{K}{1+Ts} 1+TsK
拉式变换映射到傅里叶变换满足：
G （ j w ） = K 1 + j w T = K 1 + （ w T ） 2 e − j 。 a r c t a n （ w T ） G（jw）=frac{K}{1+jwT}=frac {K}{sqrt{1+{（wT）}^2}}e^{-j.arctan（wT）} G（jw）=1+jwTK=1+（wT）2 Ke−j.arctan（wT）
产生的信号经过锯齿波形调制产生对应PWM波形。锯齿波形的频率决定PWM的频率。
PFC后级涉及到直流直流变换，不可避免谈及PFC的三种工作模式，代表三种电流控制策略：CCM（Continuous Conduction Mode）、CrM（Critical Conduction Mode）以及DCM（Discontinuous Conduction Mode）。
CCM工作模式电流波形：
在CCM模式下。电流拥有最小峰值，并且电流接近正弦波形。但是CCM模式使用的电感容量比较大。往往CCM模式都是在硬开关工作模式下会出现的波形。
CrM模式的开关频率不固定，电流峰值以及电感容量大小都是处于中间的位置。
DCM模式会引发最大的电感电流，但同时可以使用最小容量的电感。
CrM和DCM往往是软开关控制策略下产生的电流波形，相比CCM工作模式有更低的损耗。
随着时代的发展，不同种类的PFC拓扑被提出。这些新的拓扑或可以拥有更好的控制、驱动效果，或可以节约使用的元器件个数。下图给出了一些新式的PFC拓扑：
第一种是基本无桥型PFC。这种PFC相比传统PFC减少2个二极管的使用，但是将Boost威廉希尔官方网站
对应的二极管更换为MOS管同步整流。
第二种是双二极管无桥PFC。其中两个MOS管的源极直接和地相连，方便MOS进行驱动。同时这种威廉希尔官方网站
拓扑可以有效降低共模干扰。如果没有第三代半导体的出现，这种拓扑结构可能会是商业化最广泛的威廉希尔官方网站
。
第三种是双向开关型无桥Boost PFC，威廉希尔官方网站
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由于两个开关管都是高频工作，不适宜工作在CCM模式下。
图腾柱无桥PFC被提出时，因为器件个数少，共模干扰小的原因被认为是最有希望的威廉希尔官方网站
。但是传统的功率器件体二极管的反向恢复时间远远大于独立二极管的反向恢复时间，导致器件的反向损耗严重，严重制约PFC工作效率。传统器件的图腾柱无桥PFC无法工作在CCM模式下，仅仅可以工作在CrM或DCM模式下。
如果没有第三代半导体的出现，可能这种拓扑根本无法被广泛使用。但是新一代的半导体，由于极低的反向恢复时间，并且拥有更低的通态损耗，成为图腾柱无桥PFC威廉希尔官方网站
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