CRM Boost PFC变换器输出电容纹波电流研究(2)
能源总不是无穷无尽的，故减少电能损失并提高电能利用率显得分外重要。为促进节能，国际电工技术委员会提出了IEC1000-3-2标准，制定了功率因数校正（PFC），降低谐波电流的强制标准要求。此外，美国能源部也发布了针对固态照明产品的标准“能源之星”。
在这样的背景与趋势下，功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）技术应用成为电力电子研究的重点。
1．2 功率因数校正基本原理
1.2.1 功率因数的定义
有功功率与视在功率之比即为功率因数：(1.1)
有功功率的定义是一个周期内瞬时电压与瞬时电流乘积的平均值，表达为：(1.2)
将电流有效值与电压有效值的乘积定义为视在功率：如果输入电压为正弦波，即:
那么输入电流则为同频率但是产生了相位偏移的正弦波，表示为:(1.7)
则有功功率表示为:
此时功率因数为： (1.9)
1．3 功率因数校正
由上一节可知，影响功率因数的主要因素有两方面，一是电压与电流的相位差，如果电压与电流相位相差ɵ，则功率因数为cosɵ，相位差越小则功率因数越大，同相时能达到最大值为1；另一方面是电流波形畸变，畸变越大功率因数越低。
功率因数校正电路能使电路从电源侧吸取的有功功率最大化，因为其对输入电流波形进行整形，使电路类似于纯电阻，无功功率无限接近于零。功率因数校正技术的分类方法有多种，本文采用按照是否采用有源器件分类，功率因数校正技术可分为有源和无源两种。
1.3.1 无源PFC变换器
无源PFC又被称为被动式功率因数校正（Passive Power Factor Corrector）。无源PFC变换器滤波网络由电感和电容组成，如图1.1所示，无源PFC变换器是在整流桥后增加无源滤波网络进行功率因数校正。无源PFC主要优点是：电路结构简单、可靠性高、成本低、方便制造。其缺点主要是：滤波电感和电容值较大，因而体积大，重量高，且较难得到高PF值，满载时PF值大约可达0.9左右，但轻载时PF较低，抑制谐波的能力较弱。无源PFC主要适用于功率低，对电容和电阻大小要求不高，成本低的场合。
图1.1 无源PFC变换器
1.3.2 有源PFC变换器
有源功率因数校正又被叫做主动式功率因数校正（Active Power Factor Corrector）。有源PFC变换器由储能元件、开关器件以及控制电路组成，他能同时检测输入及输出电压，通过适当的控制电路控制开关开通关断的时机使储能电感进行能量的积累与释放，从而控制输入电流的波形及大小，形成高频脉冲波形，这些脉冲电流的包络线随着交流电源电压波形变化而变化，同时保持相位同步，从而提高功率因数值。有源PFC变换器有输入功率因数高的优势，可达0.95以上且体积小，使用方便[1-2]。
有源PFC变换器的拓扑主要有Buck型、Boost型和Buck-Boost型。其电路拓扑分别如图1.2所示。
（a） Buck PFC 变换器
（b） Boost PFC 变换器
（c） Buck- Boost PFC 变换器
图1.2 三种基本非隔离PFC变换器拓扑
其中，Buck变换器为降压变换器，输出电压较低，因此常采用Buck 变换器减小后级直流变换器的电压传输比。输入电压大于输出电压时，Buck变换器开始工作，在输入电压过零前后，输入电流为零，输入功率因数较低。并且，由于输入端串联开关管，每个开关周期内，输入电流呈脉冲断续形式，因此需要较大的输入滤波器来消除高频电流纹波，减小噪声[3-6]。