PFC（功率因数校正电路）工作原理分析
PFC（功率因数校正电路）工作原理分析
功率因数校正（PFC）电路是现代电力电子系统中不可或缺的一部分，它能够有效改善输入电流谐波、提高输入功率因数，并稳定输出电压。本文将从传统电路的不足出发，深入分析PFC电路的工作原理及其优势。
1. PFC电路相比传统电路的优势
传统应用中输入侧交流电源经过全波整流后，一般是接一个大电容来得到比较平滑的直流电压。而整流器——滤波电路是一整非线性元件到储能元件的组合。因此，虽然Vout（输出电压）是正弦波，但输入交流电流严重畸变，呈现脉冲状态。
由此可见，传统使用大电容做滤波的方案并不是个好办法。这种做法会使得电网端引起畸变的非正弦电流，这种电流的谐波电流对电网有很高的危害，会使得设备的输入端功率因数大大下降。同时，对于AD——DC的转换场景来说，DC输出一般要求稳定的直流母线电压。
PFC（功率因数校正电路）就可以解决以上问题。
- 改善输入电流谐波
- 改善输入PF值
- 稳定输出电压
2. PFC工作原理分析
下图是一个CCM Boost PFC电路，主电路由整流桥和Boost变换器组成，输入的交流电经过整流桥将输入的交流电转换成馒头波形直流电（无负值），后级Boost电路在特定占空比的控制作用下，将馒头波形直流电压变换成脉冲量较小且稳定的母线直流电压，同时保证输入侧电感电流呈现于输入电压波形一致的正弦电流。
3. Boost电路拓扑分析
由上图可知，PFC的电路核心组成为Boost电路，我们在解析PFC前需要先分析Boost电路的工作原理和控制逻辑。
直流变换器电路工作在BOOST模式下时，输出电压V大于输入电压Vg，其主电路结构如下图所示。Vg为输入直流电源电压，L为Boost电感，Q为BOOST开关管，以特定占空比d导通，D为续流二极管，C为输出滤波电容，R为负载电阻，V为输出电压。
Boost电路在开关管开通区间与关断区间时工作模式不同，其电路各个关键节点的电流与电压波形因工作状态不同而呈现不同。因此可根据BOOST电路中MOS的工作状态，将Boost电路的工作状态过程分为两种。
（1）MOS管Q开通时
其等效电路如下图所示。输入直流电压Vg通过Q直接加载于电感L两端，电感两端的电压等于输入电压Vg，电感电流iLt呈线性增加趋势，电流方向如图中所示，驱动波形gt和电感电流iLt波形如图2.6中的DTs阶段所示。由于Q导通，二极管D的正极被MOS管钳住电位为地，二极管D反向截止，输出负载R继续由电容C供电。
该过程输入电源Vg给电感充电，电容给负载供电。
（2）MOS管Q关断时
由于上一阶段电感电流iLt不能强制换向，续流二极管D正式导通。若忽略续流二极管D的导通管压降，则电感L两端得电压为Vg - V，其中V电压大于Vg，电感电流iLt呈线性减小趋势。电流方向如下图所示。
该过程中电感放电，同时输入电源Vg给电容充电，负载供电。