有源PFC由于工作在高频开关状态,具有体积小、重量轻、效率高和功率因数高等优点,因此得到了广泛应用。
有源PFC电路有多种分类方法:
1)按电网供电方式,可分为单相PFC和三相PFC。
2)按控制模式,可分为电流连续模式(CCM)、电流断续模式(DCM)和电流临界模式(CRM)。
3)按电路结构,可分为单级PFC和多级PFC。
4)按开关模式,可分为硬开关模式和软开关模式。
LED驱动电源的供电基本上为单相供电,因此其有源PFC电路主要采用单相有源PFC电路,进一步按级数分有单级有源PFC、两级有源PFC和三级有源PFC。
单级有源PFC电路如图5-8所示,图中有源PFC是DC/DC变换器,可以是Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback等。单级有源PFC是将PFC功能与DC/DC功能合并成一级,主要是利用开关管实现通断控制,将整流后的直流电压加载到负载上,通过对通断时间的控制,一方面可以实现能量的传输,另一方面可以实现对输入电流的控制,最终实现功率因数校正。
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图5-8 单级有源PFC电路
两级有源PFC电路如图5-9所示,基本上第一级为PFC,第二级为DC/DC变换器。通常为了实现输入与输出的隔离,第二级常选用隔离型DC/DC电路。这种PFC抑制谐波效果好,可以达到较高的功率因数。其具有独立的PFC级,还可以对DC/DC级的直流输入电压进行预调节,因此输出电压比较精确,带负载能力较强,适用于大、中功率LED驱动电源,但所需元器件较多,成本较高,功率密度低,损耗大。
图5-9 两级有源PFC电路
三级有源PFC主要包括PFC、LLC谐振变换器和DC/DC变换器三级电路,使用元器件更多,进而导致可靠性降低、成本上升和负载的EMI问题,因而主要适用于大功率LED驱动和特殊要求场合。多级有源PFC中的DC/DC级和LLC谐振变换器的工作原理与设计方法在第3章已讲述,因此本章主要介绍单级有源PFC电路及其控制方法。
在LED驱动电源中,可选的PFC方案有PPFC、单级APFC和两级APFC,不同方案各有特点,三种PFC方案的性能比较见表5-2[7],该表可作为不同应用场合PFC方案的选择依据。
表5-2 三种PFC方案性能比较
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