一、功率因數控制電路和UC3854

⒈功率因數的含義

pFC即功率因數校正，功率因數（pF）是指交流輸入有功功率（p）與輸入視在功率（S）的比值，即功率因數

式中，表示交流輸入市電的基波電流有效值；表示交流輸入市電電流的有效值；表示交流輸入市電電流的波形畸變因數；cosφ表示交流輸入市電的基波電壓和基波電流的相移因數。所以功率因數（pF）可以含義為交流輸入市電電流的波形畸變因數γ與相移因數cosφ的乘積。

可見功率因數pF由電流失真系數γ和基波電壓、基波電流相移因數cosφ決定。cosφ低，表示用電電器設備的無功功率大，電能利用率低。γ值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變，對電網造成污染，嚴重時，還會使用電設備損壞。

傳統的功率因數概念是假定輸入電流無諧波電流（即I1＝Irms或γ＝1）的條件下得到的，這樣功率因數的含義就變成了pF＝cosφ。

⒉功率因數校正實現方法

理想情況下，功率因數pF＝cosφ×γ＝1，但通常pF都小于1。功率因數校正的用途，就是使電路的功率因數pF達到或者接近于1。這可以通過兩個途徑達到：

⑴使輸入電壓、輸入電流同相位。此時cosφ＝1，所以pF＝γ。

⑵使輸入電流正弦化。即＝（諧波為零），有/＝1即；pF＝cosφ×γ＝1。

從而實現功率因數校正。利用功率因數校正技術可以使交流輸入電流的波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時整流器的負載可等效為純電阻。

在實際電路中，往往把pFC電路設置在橋式整流輸出至濾波電路之間。這時基準電壓是m型半波波形，經pFC電路跟蹤處理后的輸入電流波形也是m型半波波形，但只要滿足了輸入電流的波形與輸入電壓（基準電壓）的波形同頻同相，就達到了功率因數校正的目的。

⒊pFC跟蹤電流過程

圖1所示為電流跟蹤波形圖。為了便于說明問題，圖中電壓Vin的波形與電流I的波形的縱軸采用了不同比例，以使它們能夠重合。

⑴圖1中若以電壓Vin的波形為基準，則電流I的波形錯開了一定距離，即出現了相位差。觀察V、I波形圖可以發現，只要將虛線J-K、L-M之間的電流波形的幅度依照電壓波形適當提升，而將虛線K-L、M-N之間的電流波形的幅度依照電壓波形適當壓縮，即可使電流波形與電壓波形重合。

根據同樣原理，即便電流波形是方波等非正弦波，也可以整形為正弦波，并與電壓波形重合。

實際上，在功率因數校正時，輸入市電電壓的波形和相位的采樣是必需的，而可以不必對輸入電流的波形進行采樣，無論輸入電流的波形如何，只要按照輸入市電的波形和相位改造出所需的電流波形，就可以實現功率因數控制的目。所以在本書的實際電路中，通常并不對輸入電流進行采樣，使電路的設計更加靈活。

⑵圖2所示為pFC跟蹤電路示意圖。

圖中BRI為市電輸入橋式全波整流器，L為pFC電感，VD為pFC二極管，C1為市電濾波電容，VT為pFC功率管，R0為市電電流采樣電阻，pFC控制電路輸入的市電電流采樣電壓為負值，R1、R2為直流電壓采樣電阻。pFC控制電路通過對市電輸入電壓、直流輸出電壓和電路電流采樣值的分析，輸出控制信號，控制pFC功率管的占空比，從而達到校正電路pFC的目的。

由圖可見，pFC的采樣及控制電路設置在整流器BRI與濾波電容C1之間，這時pFC電路處理的波形為m型半波波形。若將pFC電路設置在濾波電容C2之后，這時電壓電流已經是直流，失去校正的意義。

圖中VT為pFC開關管，它的開通與截止受pFC控制器的控制。這一電路具有以下功能：

①提高電路的輸入功率因數

當VT飽和導通時，相當于將L右端接地，這時將有較大電流流ipFC過L，但由于L的電感特性，ipFC只能逐漸增大。隨后VT截止關閉，電感L中的能量維持ipFC電流繼續流動，經VD對C1充電，并供給負載，使ipFC逐漸減小。受pFC控制電路的控制，pFC開關管不斷反復開、閉，在負載兩端生成輸出電壓。

假如pFC開關管VT導通時間較長，L中電流較大，L中積蓄的能量較多，則當VT截止時L中維持的電流就較大。反之，若VT導通時間較短，則L中積蓄的能量就較少，當VT截止時L維持的電流也較小。可見控制VT開通時間的長短，即可控制電路中電流的大小，所以只要按照輸入電壓的規律來控制pFC開關管的開通與截止，就可以使輸入電流與輸入電壓很好的同頻同相，提高電路的輸入功率因數。

②升壓

當VT開通時，L兩端的電壓極性為左正右負。此時VD正端為低，處于截止狀態，C2兩端的電壓不會經VT瀉放。而當VT截止時，L兩端電壓極性反轉，為左負右正，此時L兩端的感生電壓與整流器的輸出電壓相串聯，通過VD對C1充電。結果C1兩端的電壓高于整流器輸出的電壓。因此這種結構的pFC電路具有升壓功能。

③穩壓

由于可以通過控制pFC功率管柵極的占空比來控制整流器輸出的電壓，所以可以通過對輸出電壓的采樣，來調整pFC功率管柵極的占空比，從而達到穩定輸出電壓的目的。因此，在具有升壓結構的高頻機中，在升壓的同時就完成了功率因數的校正。

⒋UC3854

UC3854是TI公司生產的用于有源功率因數校正的專用控制電路。它可以完成升壓變換器校正功率因數所需的全部控制功能，使功率因數達到0.99以上，使輸入電流波形失真小于5%。該控制器采用平均電流型控制方式，控制精度很高，開關噪聲較低。采用UC3854組成的功率因數校正電路后，當輸入電壓在85~260V之間變化時，輸出電壓仍可以穩定在設定值，因此也可以作為穩壓電源

UC3854的輸出級采用推拉輸電路，輸出電流可達1A以上，因此輸出的恒頻pWM脈沖可以推動大功率MOSFET器件。

⑴UC3854的內部結構圖及引腳功能

圖3為UC3854的引腳圖。各引腳功能為：

○1GND接地端

芯片內部所有電壓的測試基準點。振蕩器按時電容的放電電流也由該腳返回，因此，按時電容到該引腳的距離應盡可能短。

○2pKLMT峰值限流端

峰值限流門限值為0V。該引腳應接入電流取樣的負值電壓，一旦該腳電壓為0，芯片的輸出即被關閉。通常在芯片的○2腳與○9腳（基準電壓輸出端）之間接一只偏置電阻，使○2腳得到一個正偏置電壓。若電流取樣電阻上的負電壓大到足夠抵消該偏置電壓時，○2腳電壓即為0V，芯片即被關閉。

○3CAOUT電流誤差放大器輸出端

該電流誤差放大器檢測并放大市電輸入電流，控制脈寬調制器，強制校正市電輸入電流。

○4ISENSE電流采樣輸入端負極

該引腳為電流誤差放大器的反相輸入端。

○5MULTOUT電流采樣輸入端正極和模擬乘法器輸出端

模擬乘法器的輸出端直接與電流誤差放大器的同相輸入端相連接。

○6IAC交流電流采樣信號入

交流電流采樣信號從該腳加至模擬乘法器的輸入端。

○7VAOUT電壓放大器輸出端

電壓誤差放大器的輸出端。該端輸出的信號也可用來調整輸出電壓。

○8URMS有效值電壓輸入端

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