1 引言
到目前为止，具有输入功率因数校正(pfc)能力的单相有源ac-dc变换器已经发展得非常成熟，并且成功地应用到许多领域当中。不仅能够获得非常高的输入功率因数，而且能够提供高质量的直流输出电压。这些非常有利于提高电源的利用率，减轻电力谐波电流污染，而且有利于后级变换器的稳定工作，提高生产质量。

针对功率因数校正技术，取得如下的成绩：
(1) 已经出现了几种基本的控制原理，如传统pfc原理、跟随pfc原理和单周期控制pfc原理；
(2) 出现了大量的电路拓扑和多种工作模式，包括单级变换和多级变换、有桥pfc电路和无桥pfc电路、三种导通模式(断续dcm、临界crm和连续CCm)、两种电流检测方式(平均电流和峰值电流)；
(3) 出现了多种模拟控制芯片，如uc3854an/bn、l4981a/b、ncp1653d、ir1150、ucc28019、tda1688、ucc3818、l6562(固定开通时间)和l6563(固定关断时间)等等；
(4) 许多控制策略都已经应用到pfc的数字控制当中，如自适应控制、d-s控制、模糊控制、遗传控制、内模控制、神经网络控制和预测控制；
(5) 为了有效地降低EMI水平，开关频率调制技术已经应用到pfc中，包括双随机调制、单随机调制和正弦半波调制等；
(6) 单机pfc的功率高达6kw以上，pfc并联功率可以达到12kw；
(7) 由模拟pfc控制技术逐渐向数字pfc控制发展，单机pfc的功率也高达6kw以上
(8) 高效率的部分pfc逐渐大量使用，在小功率应用场合和一些特殊的高频电源应用中无源pfc仍然得到应用；
(9) 单相有源pfc的输出功率有增加的趋势，适用的标准包括iec61000-3-2和iec61000-3-12，后者增加了部分权重谐波畸变率(pwhd)和短路比等概念，处理与计算更加复杂。一些pfc的控制原理本身也具有一定的emi抑制能力。
本文基于uc3854bn、ncp1653d和ir1150d分别对传统pfc技术、跟随pfc技术和单周期pfc技术进行描述，最后介绍一种基于l4981b的输入功率6.6kw的单相pfc技术。

2 输出电压恒定的传统升压有源pfc
传统的升压单相ac-dc变换器，即单相有源pfc的拓扑，见图1。其工作原理的实质是：在每个开关周期中，借助功率开关s1有规律的通断，通过整流桥将电源vac短路，使得电感l1不断地储存能量，并且将全部储能或者部分储能释放到负载侧的直流电解电容，目标是获得与电源电压同步的正弦输入电流波形和稳定的直流输出电压。

图1 单相有桥升压pfc拓扑

图2 传统升压有源pfc控制原理

对于期望输出电压恒定的传统升压有源pfc，其控制原理框图见图2，实现电路见图3，主要包含一个乘法器、一个电压闭环和一个电流闭环。乘法器负责将电压误差放大器输出、输入电压参考波形(正弦半波)与电源电压有效值平方的倒数相乘，得到综合的电流参考信号。电源电压有效值平方的倒数可以用来调节输入电压范围，以满足宽范围电压供电的要求，如85vac~275vac。电压闭环负责将给定电压与实际电压进行误差放大和低通滤波或pi调节，目标是维持输出电压稳定。电流闭环负责将电流参考信号与实际检测电流信号相比较后进行pi调节，并产生最终控制信号，并与三角载波比较后得到实际PWM信号，驱动功率开关s1。pfc控制器uc3854bn采用了这种控制原理，uc3854bn片内原理见图4，基于uc3854bn的有源pfc功率电路和控制电路见图5。

图3 输出电压恒定的传统升压有源pfc的电路

图4 pfc控制器uc3854bn片内原理

图5 基于uc3854bn的有源pfc功率电路和控制电路

3 输出电压跟随的升压有源pfc
输出电压跟随的升压有源pfc可以工作在恒定输出电压或跟随升压模式，跟随升压模式可以大大减少升压电感和功率器件的容量，输出电压不能设定在恒定水平，而是依赖于输入电压的有效值或负载大小，其工作原理见图6。输出电压反馈调节器控制pfc的工作状态。其中iref为一电流参考量，它与rfb共同决定了pfc的最大输出电压。当输出电压的反馈量ifb小于96%iref时，调节器输出一个恒定的值IControl，此时pfc工作在电压跟随状态；当ifb介于96%iref与iref之间时，调节器的输出随着iref的增大逐渐减小到零，pfc工作在恒定输出状态；当ifb大于iref时调节器的输出为零时，pfc停止工作。电感电流 经过检测，得到与其平均值成正比的is，vs为整流后的输入电压vin(一个周期内为双半波正弦)的检测值。is、vs以及icontrol一起送入调制器m2得到调制信号vm，vm与锯齿波vramp叠加以后与参考电压vref进行比较，产生pwm波，见图7。调制信号vm的波形与vin的波形相同，从而控制电感电流il跟踪整流电压vin的波形。pfc控制器ncp1653d采用了这种控制原理，ncp1653d片内原理见图8，基于ncp1653d的有源pfc功率电路和控制电路见图9。

图6 跟随式pfc变换器的控制原理图

图7 pwm波产生原理

图8 基于ncp1653的有源pfc功率电路与控制电路

图9 ncp1653d的内部原理和外部控制电路

4 单周期控制的升压有源pfc
与传统pfc的工作原理有所不同，单周期控制(occ)的升压有源pfc的工作原理见图10和11。根据功率因数定义，要实现单位输入功率因数必须满足 ，其中rin为变换器的输入阻抗。如果在每一个开关周期内rin等效成一个纯电阻，则输入功率因数为1。在一个开关周期之内，变换器的输入与输出的关系为udc=rin(1-d)，令um=udcrs/re，其中rs为分流电阻，其压降代表pfc电感的电流。由以上三式可得，rsiin=umuac/udc。当输出滤波电容容量足够大时，udc可视为常数。在一个开关周期之内，可将uin视为常数，因此iac总是跟随uin，从而rin等效为一个电阻，因此设定控制目标为 um-imrs=dum即可以达到目的。pfc控制器ir1150d采用了这种控制原理，ir1150d片内原理见图12，基于ir1150d的有源pfc功率电路和控制电路见图13。

图10 升压dc-dc变换器的occ控制原理

图11 pfc的occ控制原理