所有電子設(shè)備都需要電源將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備的直流電壓。線性電源，即使是具有無源濾波的電源，也具有較低的功率因數(shù)，并且會(huì)向系統(tǒng)中引入諧波電流。
　　單個(gè)電源的總體影響并不大，但當(dāng)您考慮使用數(shù)百萬個(gè)此類電源時(shí)，這些電源對(duì)電能質(zhì)量的綜合影響可能很大。我們可以通過使用包含功率因數(shù)校正電路的電源來改善這種情況，從而提高功率因數(shù)并減少諧波電流。升壓功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器是一種可以添加到電源中以顯著提高電源質(zhì)量的電路。
　　功率因數(shù)和功率因數(shù)校正
　　一種類型的功率因數(shù)校正 (PFC) 涉及無源校正，其中通過添加將使用相等但相反量的無功功率的組件來補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率。例如，如果負(fù)載為無功功率為 1.754 kVAR 的感性負(fù)載，則系統(tǒng)將需要無功功率為 1.754 kVAR 的容性負(fù)載來對(duì)抗電感。
　　實(shí)現(xiàn)這種功率因數(shù)校正的一種方法是使用大量電容器，可以在需要時(shí)切換到電路中。這種類型的功率因數(shù)校正非常適合大規(guī)模的線性負(fù)載，其中功率因數(shù)校正系統(tǒng)的成本可以由整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和成本來吸收。
　　在較小的規(guī)模上（例如，單獨(dú)的電源）功率因數(shù)也很重要。這很重要，不是因?yàn)槿魏螁蝹€(gè)電源都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響，而是因?yàn)殡娫磾?shù)量太多。更具挑戰(zhàn)性的是，這些電源是非線性負(fù)載，因此不能通過簡(jiǎn)單地添加電抗元件（即電容器或電感器）來校正功率因數(shù)。
　　為了確保電子設(shè)備不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)產(chǎn)生顯著的累積影響，EN61000-3-2和Energy Star 80 Plus等國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源引入的功率因數(shù)下降和諧波失真設(shè)置了限制。
　　之前的一篇文章表明，簡(jiǎn)單的無源濾波器不足以充分改善功率因數(shù)或諧波失真。相反，我們必須使用有源功率因數(shù)電路來強(qiáng)制交流電流跟蹤交流電壓。
　　升壓功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器
　　最常見的有源 PFC 電路之一稱為升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器，這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單且成本低廉的電路。除了線性 AC-DC 轉(zhuǎn)換器中使用的元件之外，唯一需要的額外元件是開關(guān)（通常是 FET）、二極管和電感器?！　∠聢D 1 顯示了升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器?？梢钥吹?，它本質(zhì)上是一個(gè)線性電源，在整流器和濾波電容之間插入了升壓轉(zhuǎn)換器。

　　　

　圖 1.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器電路　

　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的總體目標(biāo)是以變化的占空比快速關(guān)閉和打開開關(guān) (S 1 )，以使輸入電流 (i ac ) 呈正弦波且與輸入電壓 (vac )同相。
　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器操作
　　升壓 PFC 電路在兩種狀態(tài)之間快速循環(huán)。第一種狀態(tài)發(fā)生在S1閉合時(shí)，如圖2所示。在此狀態(tài)下，電感器由電路的交流側(cè)通過整流器供電，因此電感器電流將增加。同時(shí)，二極管D pfc變?yōu)榉聪蚱茫ㄒ驗(yàn)槠潢枠O通過S 1連接到地），并且通過電容器向負(fù)載提供能量。　

　　　圖 2.開關(guān) (S 1 ) 閉合時(shí)的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器　

　　圖 3 顯示了第二種狀態(tài)，該狀態(tài)發(fā)生在 S1斷開時(shí)。在這種狀態(tài)下，電感器斷電（電流減?。?，因?yàn)樗蜇?fù)載提供能量并對(duì)電容器再充電?！?img src="https://file3.dzsc.com/data/23/11/01/174232618.webp" style="max-width:700px;">　　

     　圖 3.開關(guān) (S 1 ) 打開的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器

　?。ㄕ?qǐng)注意，圖 2 和圖 3 均僅顯示輸入電壓周期的正半部分。負(fù)半部分是相同的，只是電流會(huì)流過整流器的其他兩個(gè)二極管。）
　　兩種狀態(tài)之間的循環(huán)是在至少數(shù)十 kHz 的高頻下完成的，但通常比該頻率高一個(gè)數(shù)量級(jí)（甚至更多）。狀態(tài)之間的來回循環(huán)是快速完成的，并且以既保持恒定輸出電壓又控制平均電感器電流（以及隨后的平均交流電流）的方式進(jìn)行。
　　由于電感器電流在狀態(tài) 1 中增加并在狀態(tài) 2 中減少，因此占空比決定了電感器電流增加的時(shí)間量與電感器電流減少的時(shí)間量。因此，通過改變占空比，可以調(diào)整平均電感器電流。通過使平均電流跟蹤預(yù)期電流，您可以顯著改善功率因數(shù)和總諧波失真 (THD)?！　?duì)于理想系統(tǒng)，預(yù)期的電感器電流將是整流正弦波，預(yù)期的交流輸入電流將是正弦波。由于系統(tǒng)的開關(guān)特性以及難以完美跟蹤預(yù)期電流，交流輸入電流 (I ac ) 不會(huì)是理想的正弦波，電感電流 (I (L) ) 也不會(huì)是理想的正弦波。整流正弦波，但看起來像這樣：

　　　　

     圖 4.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的交流電流和電感器電流 

　　這些電流是它們應(yīng)有的一般形狀（正弦波/整流正弦波），但值得注意的一件事是信號(hào)線看起來很粗。出現(xiàn)這種厚度的原因是，在一個(gè)周期內(nèi)，隨著平均電流被控制以跟蹤參考正弦電壓，電流先斜坡上升，然后斜坡下降。
　　放大電感器電流可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)在兩種狀態(tài)之間切換時(shí)，電感器電流會(huì)反復(fù)增加和減少。　　

　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的電感電流的半個(gè)周期

　圖 5.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器中電感器電流的放大視圖

　　升壓 PFC 控制系統(tǒng)
　　需要閉環(huán)控制來確保輸出電壓保持不變，并且交流電流為正弦波且與交流電壓同相。描述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式超出了本文的范圍，但圖 6 為您提供了整個(gè)系統(tǒng)的總體概念；它顯示了帶有控制器塊的升壓 PFC 電路，該控制器塊接受四個(gè)輸入并生成應(yīng)用于 S 1柵極的脈寬調(diào)制 (PWM) 輸出?！?img src="https://file3.dzsc.com/data/23/11/01/174322295.webp" style="max-width: 700px;">　　

　圖 6.具有控制系統(tǒng)的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器電路　

　　圖 6 所示的控制系統(tǒng)需要三件事：
　　測(cè)量輸出電壓 (V dc )，以確保其保持在參考電平 (V ref )
　　測(cè)量交流電壓，為電感電流提供參考
　　測(cè)量平均電感電流以確保其跟蹤整流交流電壓
　　控制系統(tǒng)通常是PI 或 PID 控制系統(tǒng)，可確保參考信號(hào)和所需信號(hào)之間的差異盡可能小。
　　成功設(shè)計(jì)的結(jié)果是改善功率因數(shù)和 THD，以及穩(wěn)定的輸出電壓。升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的交流電壓和電流如圖 7 所示。　　

    功率因數(shù)校正后的交流電壓和電流

　　圖 7.交流電壓和電流　　
　　您可以看到電流和電壓接近同相，并且電流呈大致正弦形狀，失真最小。
　　對(duì)該系統(tǒng)的分析表明，功率因數(shù)略低于0.99，THD約為10%。這些數(shù)字表明電能質(zhì)量相當(dāng)好，足以滿足IEC 61000-3-2的諧波電流要求以及Energy Star 80 Plus的功率因數(shù)要求。