1.有源功率因数校正

在交流电路中，功率的计算要比直流电路复杂。因其负载分电阻、电容与电感多种，描述交流电的功率分有功功率、无功功率与视在功率。功率因数是指有功功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有功功率除以总耗电量（视在功率）的比值。因此功率因数是交流用电设备的一个重要性能参数，它可以衡量电源功率被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。

开关电源的功率因数校正（PFC）电路是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于1。

功率因数校正电路又分为被动式和主动式，被动式功率因数校正或称无源功率因数校正，是利用由电感、电容等组合而成的电路来降低谐波电流，其功率因数校正仅达75%～80%；主动式功率因数校正或称有源功率因数校正（APFC），是利用主动组件（控制线路及功率型开关式组件），基本原理是调整输入电流波型使其与输入电压波形尽可能相似，功率因数校正值可达近乎100%。

【小知识】

功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。功率因数是个数，是个系数，不大于1的系数。也就是本来可以做的功，但是实际做不到那么多，做了一些无用功，所以乘上一个系数。

2.几种有源功率因数校正电路

（1）采用ICE1PCS01芯片。ICE1PCS01芯片内集成有基准电压源、可变频率振荡器（50kHz～250kHz）、斜波发生器、PWM比较器、RS锁存器、非线性增益控制、电流控制环、电压控制环、驱动级、电源软启动、输入交流电压欠电压、输出电压欠电压和过电压、峰值电流限制及欠电压锁定等功能。它采用8脚P-DIP塑封形式，各引脚功能是：1脚（GND）为接地端；2脚（I COMP）为电流控制环频率补偿端；3脚（I SENSE）为电感电流检测输入端；4脚（FREVT）为DSC频率设置端，外接定时电阻决定OSC工作频率；5脚（V COMP）为电压控制环频率补偿端；6脚（V SENSE）为升压输出电压采样输入端；7脚（VCC）为内部控制电路供电，欠电压锁定值10.5V；8脚（GATE）为驱动脉冲输出端。

采用ICE1PCS01芯片的有源功率因数校正电路如图5-20所示，在220V交流输入，输出功率为200W时，电路的功率因数为0.988，变换效率为97%，长虹、康佳和TCL王牌液晶平板电视机均采用该芯片。

图5-20 采用ICE1PCS01芯片的有源功率因数校正电路

在图5-20中，ICE1PCS01的7脚VCC端内设电压监视电路，电源启动条件是VCC电压大于11.2V，同时6脚V SENSE端电压大于0.8V；在APFC未进入工作之前，7脚电压由开关电源反馈绕组产生15V直流电压，经VT3、VT4构成的直流稳压电路提供；6脚V SENSE初始电压由整流直流电压通过电阻网络分压提供。上述两个条件任缺其一，ICE1PCS01不能工作。

合上电源开关，220V交流电由C3/NF1、C4/NF2构成的两级共模滤波器滤波和BD1-C整流滤波，产生280V直流电压经L1分为两路：一路加到MOSFET开关管VT1漏极，另一路经D1（R7+R7A+R7B）和R8分压后加到IC1的6脚；开关电源（非受控电源）产生的15V直流电压经VT3、VT4组成的电路稳压加到IC1的7脚给外接电容C51充电。当C51的电压上升到11.5V时，控制电路进入软启动模式，内部一个10.8μA的电流给IC1的5脚外接补偿网络中的电容恒流充电，使该脚电位线性增高，输入电感电流幅度随之线性增大，只要APFC输出电压达到额定平均值的80%，软启动结束，电源进入正常PWM激励方式。

APFC输出电压稳压控制调整过程如下：V₁直流电压由（R7+R7A+R7B）和R8分压采样加到IC1的6脚内DTA1反相输入端，与同相输入端5V基准电压比较，产生误差电压通过5脚外接RC网络进行频率补偿和增益控制，并输出信号控制斜波发生器对内置电容充电，调整IC1的8脚驱动脉冲占空比。

如果某种原因使V₁直流电压下降，6脚反馈电压就会减小，集成电路内部非线性增益处理器会促使锯齿波电压上升到同相输入端基准电压的速度加快，KS锁存器VT端就会提前输出高电平，即在恒定周期内IC1的8脚输出驱动方波占空比增大，升压电感L1中存储能量增加，V₁电压上升至380V不变。

（2）采用TDA16888芯片。TDA16888芯片是西门子公司推出的新一代单片PFC+PWM二合一电源控制器，其内置PFC控制器和PWM控制器可以同步工作。PFC控制器构成的前置变换器能采用升压式或反激式，PWM控制器则可以用于控制正激或反激式变换电源，为带有功率因数校正功能的离线式开关电源提供了十分完美的解决方案。由于PFC和PWM集成在同一芯片内，因此具有电路简单、成本低、损耗小和工作可靠性高等优点，这也是TDA16888应用最普及的原因。

TDA16888内部电路由PFC与PWM两部分组成。其中PFC部分功能有电压误差放大器（OP1）、模拟乘法器、电流放大器（OP2）、三组电压比较器（C1～C3）、三组运算放大器（DTA1～DTA3）、RS触发器（FF1）和图腾柱式驱动级；PWM部分功能有精密基准电压源、DSC振荡器（两项功能共用）、电压比较器（C4～C10）、RS触发器（FF2）和图腾柱式驱动级。

此外，TDA16888内部还设置有过电压、欠电压、峰值电流限制、过电流、断线掉电等完善的保护功能。该芯片有P-DIP-20-5和P-DSO-20-1两种塑封形式，各引脚功能是：1脚（PFCAC）为交流线电压检测输入端；2脚（VREF）为内部7.5V基准电压输出端；3脚（PFC CC）为PFC控制器电流环补偿输入端；4脚（PFC CS）为PFC控制器电流信号检测端；5脚（GNDS）为电感电流输入接地端；6脚（PFC CL）为PFC电流限制检测信号输入端；7脚（GND）为控制器公共接地端；8脚（PFC OUT）为PFC控制器驱动脉冲输出端；9脚（VCC）为控制器公共电源供电端；10脚（PWM OUT）为PWM驱动器脉冲输出端；11脚（PWM CS）为PWM控制器电流检测信号输入端；12脚（SYNC）为OSC振荡器同步信号输入端；13脚（PWM SS）为PWM控制器软启动控制端；14脚（PWM IN）为PWM控制器输出电压检测输入端；15脚（PWM RAMP）为PWM控制斜坡信号形成端；16脚（ROSC）为振荡器外接定时电阻端；17脚（PFS FB）为PFC控制器直流反馈采样输入端；18脚（PFC VC）为PFC控制器电压环补偿端；19脚（PFC VS）为PPC控制器升压直流电压检测测入端；20脚（AUX VS）为辅助电源电压检测输入端。

采用TDA16888芯片的有源功率因数校正电路如图5-21所示，在图5-21中，为了增大功率输出，功率变换采用两只MOSFET管VT1～VT2并联使用，并由VT4～VT15构成互补推动级驱动。系统校正后在220V交流输入，电路的功率因数为0.998，输出电压稳定值为400V，康佳LC-TM2718型等液晶平板电视机采用该芯片。

（3）采用NCP1653芯片。NCP1653芯片是安森美公司继NCP1650/1652之后推出的经济型功率因数校正控制器，它是一个宽电压PWM控制驱动器，既可以工作在不连续导电DCM模式（频率固定），又能工作在临界导电CRM模式（频率变化）。与其他NCP系列芯片相比，NCP1653的最大特点是将原芯片16只引脚缩减了1/2，这样用它设计前置变换电路，不仅简化了电路结构，降低成本，而且也提高了可靠性。(www.daowen.com)

该芯片内部集成有基准电压源、OSC振荡器、电流镜像比较器、误差放大器、PFC调制器、零电流检测器、RS锁存器、MOSFET驱动级、过电压保护、过电流保护、过热保护以及欠电压锁定等功能电路。采用8引脚PDIP和SOP两种封装结构，各引脚功能是：1脚（FB/SD）为直流采样反馈与关闭控制端；2脚（Vcontrol）为Vcontml处理器，外接补偿电容；3脚（VIN）为母线电压采样反馈输入端；4脚（CS）为电感电流检测输入端；5脚（DSC/SYNC）为振荡定时或同步信号输入端；6脚（GND）为控制电路接地端；7脚（DRV）为驱动脉冲输出端；8脚（VCC）为控制电路电源供电端。

图5-21 采用TDA16888芯片的有源功率因数校正电路

采用NCP1653芯片的有源功率因数校正电路如图5-22所示，在图5-22中，U6与MOS-FET功率开关VT801及升压电感L801组成APFC电路，系统校正后电路的功率因素为0.988，输出电压稳定值390V。

（4）采用NCP1650芯片。NCP1650芯片是安森美公司推出的一款创新功率因素校正控制器，其最显著特点是采用“真功率”限制电路结构，即在恒频模式下也能保持电路的功率因数值为0.96～0.99，同时应用固定频率的平均电流脉冲调制方式，具有快速的线性和负载瞬态响应特性，交流输入电压范围宽达85～265V，适应全球所有的输入交流电网制式。

该芯片内部集成有带隙基准电压源、OSC振荡器、锯齿波斜率补偿、基准乘法器、功率乘法器、电压/功率检测网络、直流误差放大器、交流误差放大器、功率误差放大器、电流检测放大器、平均电流补偿、缓冲放大器、PWM比较器、RS锁存器、驱动级、过电流保护、过电压保护、最大功率限制、欠电压锁定以及软起动等电路。该芯片采用SOIC-16P表面贴装塑封结构，各引脚功能是：1脚（VCC）为控制电路电源供电端；2脚（VPEF）为内部6.5V基准电压输出端；3脚（AC COMP）为交流误差放大器反相输入端；4脚（AC REF）为交流误差放大器的参考电压输出端；5脚（AC IN）为交流线电压采样输入端；6脚（FB/SD）为直流采样反馈/掉电关闭控制端；7脚（COOP COMP）为电压控制环频率补偿端；8脚（PCOMP）为功率控制环的补偿端；9脚（Pmax）为最大功率限值设定/测试端；10脚（Iavg）为最大平均电流设定端；11脚（Iavg Flty）为电流环滤波；12脚（ISENSE）为负极性电感电流采样输入端；13脚（Ramp COMP）为斜坡补偿电路偏置端；14脚（CT）为DSC电路外接定时电容端；15脚（CTND）为控制电路接地端；16脚（DR-VO）为PWM驱动脉冲输出端。

图5-22 采用NCP1653芯片的有源功率因数校正电路

图5-23 采用NCP1650芯片的有源功率因数校正电路

采用NCP1650芯片的有源功率因数校正电路如图5-23所示，在图5-23中IC1与MOS-FET功率开关器件VT1、升压电感L2、快整恢复整流管D1构成VBOOST-APFC电路，在完成功率因数校正的同时，将整流直流悬浮电压提升到稳定的400V。

（5）采用FA5500AN芯片。FA5500AN芯片是Fuji电子公司生产的临界导电模式（CRM）的前置变换功率因数校正控制器，它工作于电流控制方式，经校正后电路的功率因素值达0.99。由于内置自动失调校正功能，因此在空载或轻负载情况下，可以对电流检测比较器失调电压进行校正，使升压电压稳定不变。

FA5500AN内部集成有提供多组参考电压的精密基准电压源、启动定时器、误差放大器、自动失调校正（AOC）电路、线性乘法器、电流检测比较器、零电流检测比较器、SP比较器、RS锁存器、驱动级、过电压保护和欠电压锁定（UVLO）等电路。采用8脚SOP塑封结构，各引脚功能是：1脚（FB）为直流电压采样反馈输入端；2脚（COMP）为内部误差放大器输出、乘法器输入端；3脚（MULT）为乘法器线电压采样反馈输入端；4脚（IS）为电感电流检测输入端；5脚（ZCD）为零电流检测比较器输入端；6脚（GND）为控制电路接地端；7脚（OUT）为栅极驱动脉冲输出端；8脚（VCC）为控制电路电源供电端。

采用FA5500AN芯片的有源功率因数校正电路如图5-24所示，在图5-24中的APFC电路，升压电感L907也有辅助绕组，作用之一是为IC901的5脚提供零检测电流信号，二是控制待机电路接通+24V电源中NCP1377（IC902）的6脚供电。APFC电路升压输出电压为400V。

图5-24 采用FA5500AN芯片的有源功率因数校正电路

【知识链接】

功率因数校正（PFC）电路是插在整流电路与滤波电路之间的一种新型电路，它实际上是一个AC/DC转换器。它提取整流后的直流电流中的高次谐波分量，将其校正为正弦波或非常接近正弦波，这样一方面抑制了整流后的高次谐波分量，减少了高次谐波对电源的干扰，另一方面充分利用了电网电能，提高了电源的使用效率。功率因数的大小反映了用电时利用电网电能效率的高低。

在早期的数字高清CRT彩电开关电源就采用无源功率因数校正电路，而液晶电视开关电源则采用有源功率因数校正电路。