填谷式无源功率因数校正PFC电路的工作原理详解.pdf

填谷式无源功率因数校正（PFC）电路是一种用于改善电力系统功率因数的电路设计方法，特别是在交流（AC）输入电源供电的照明设备中。功率因数是一个衡量交流电路中电压波形和电流波形相位匹配程度的指标，功率因数的高低直接影响到电能的有效利用率。在照明领域，提高功率因数可以减少电流谐波，减少能量损耗，并且可以达到环保与节能的效果。 在介绍填谷式无源PFC电路之前，首先要了解传统的桥式整流电解电容滤波电路。这种电路通常由一个桥式整流器和一个或多个大容量电解电容器组成。桥式整流器利用四个二极管将交流电压转换为脉动直流电压，再通过电容器平滑化处理得到一个相对稳定的直流输出。然而，这种方法存在的问题是整流后的电流波形会与电压波形产生严重的相位偏移，形成一个失真的波形。失真的电流波形会导致输入功率因数下降，同时谐波电流的增加可能会引起电磁干扰，不符合相关的国际标准。 为了改善这种电流失真，提高功率因数，填谷式无源PFC电路被提出作为解决方案。填谷式无源PFC电路主要由几个二极管和至少两个等值电容器组成，其作用是通过一系列电子开关控制来整流输入电压，使得电流波形得以改善。在该电路中，二极管D6的接入使得电容C1和C2在交流电压较高时以串联方式充电。当交流电压降低到低于电容器充电电压的一半时，二极管D6反向偏置，D5和D7导通，电容C1和C2开始以并联方式向负载放电。这个过程导致了输入电流的失真得到改善，输入电流的导通角增加，从60度增加到120度甚至更高。因此，填谷式无源PFC电路不仅能够修正输入电流，而且能够将线路功率因数提高至0.9以上，大幅降低3次和5次谐波电流，降低总谐波失真（THD）至30%以下。 在LED照明领域，填谷式无源PFC电路有着广泛的应用。由于LED驱动器通常需要稳定的直流电流来驱动LED，填谷式无源PFC电路能够提供符合要求的电流，同时满足高性能离线式LED照明电源的基本要求。这些要求包括AC输入谐波电流符合IEC61000-3-2标准、功率因数满足能源之星SSL的规定、电磁干扰符合EN55015B的限制、高能效、低成本高可靠性，以及能够为LED提供恒流驱动。 使用填谷式无源PFC电路的优点包括其电路设计相对简单和成本低廉。虽然主动式PFC电路（有源PFC）在性能上可能优于无源PFC电路，但在某些应用场景中，填谷式无源PFC电路由于其成本效益而成为了一个理想的选择。特别是在LED照明应用中，填谷式无源PFC电路的引入能够显著改善线路功率因数，降低谐波失真，从而帮助照明设备更有效地利用电能，减少不必要的损耗，并且提高整体的电能质量。