PFC電路的基本結構及工作原理

上圖為未加入PFC電路的整流電路的原理方框圖，下圖為工作波形。由以上分析我們可以看出．未加入PFC電路的整流電路穩定工作以后，只有在市電電壓的正負峰值附近二極管才導通，產生脈沖電流。造成離線電源功率因數降低的原因在于電流的導通角太小，在半個周期內遠遠小于180°，提高功率因數就要設法使電流的波形在整個周期內追蹤電壓的波形。

既然造成導通角太小的原因是整流器后面接人的大容量濾波電容，有源PFC電路基本思想就是在整流器和大容量濾波電容之間加入一級初級調整，把兩者進行隔離，此PFC初級調整變換器輸出一個基本穩定的DC電壓，同時其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規律變化。

下圖所示電路為加入PFC電路的基本結構和工作原理。通過比較，我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結構中的位置和作用。盡管PFC電路的具體形式繁多，不盡相同，工作模式也不一樣（CCM電流連續型、DCM不連續型、CRM臨界型），但基本的結構大同小異，大部分都是采用升壓的boost拓撲結構，因為這種電路形式優點比較多。這也是一種典型的升壓開關電路，基本的思想就是前面說的把整流電路和大濾波電容分割，通過控制PFC開關管的導通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。工作原理并不復雜，徹底搞清楚這個基本電路的原理，就能觸類旁通，給獨立分析電路打下基礎。在這個電路中．PFC電感L在MOS開關管0導通時儲存能量，在開關管截止時．電感L上感應出右正左負的電壓，將導通時儲存的能量通過升壓二極管Dl對大的濾波電容充電，輸出能量，只不過其輸入的電壓是沒有經過濾波的脈動電壓。值得注意的是，平板電視大部分PFC電感L上大都并聯著一個二極管D2，該二極管D2具有保護作用。

大家知道：PFC電路后面大的儲能濾波電容C和PFC電感L是串聯的，由于電感L上的電流不能突變，就對大的濾波電容C的浪涌電流起了限制作用。

并聯保護分流二極管D2．由于沒有電感的限制作用，對濾波電容的沖擊反而會更大，但它可以保護升壓二圾管，特別是PFC開關管。Dl是快速恢復二極管（由于開關管是在電感電流不為零的時候關斷的，需要承受更大的應力，要求二極管有極低甚至為零的反向恢復電流），承受浪涌電流的能力較弱。減小反向恢復電流和提高浪涌電壓承載力是相互牽制的，而D2所采用的是普通的整流二極管，承受浪涌電流的能力很強，如1N5407的額定電流3A．浪涌電流可達200A。

該保護二極管D2表面上降低的是對PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊，但實際上還有一個重要的作用：保護PFC開關管。

在開機的瞬間，濾波電容的電壓尚未建立，由于要對大電容充電．通過PFC電感的電流相對比較大。如果在電源開關接通的瞬間是在正弦波的最大值時，對電容充電的過程中PFC電感L有可能會出現磁飽和的情況，此時PFC電路工作就麻煩了，在磁飽和的情況下，流過PFC開關管的電流就會失去限制，燒壞開關管。為防止悲劇發生，一種方法是對PFC電路工作的工作時序加以控制，即當對大電容的充電完成以后，再啟動PFC電路：另一種比較簡單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極管上并聯一只二極管旁路。啟動的瞬間，給大電容的充電提供另一個支路，防止大電流流過PFC線圈造成飽和，過流損壞開關管，保護開關管，同時該保護二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流，保護了升壓二極管。另外，D2的加入使得對大電容充電過程加快．其上的電壓及時建立，也能使PFC電路的電壓反饋環路及時工作，減小開機時PFC開關管的導通時間．使PFC電路盡快正常工作?！?，綜上所述，以上電路中二極管D2的作用是在開機瞬間或負載短路、PFC輸出電壓低于輸入電壓的非正常狀況下給電容提供充電路徑，防止PFC電感磁飽和對PFCMOS管造成的危險，同時也減輕了PFC電感和升壓二極管的負擔，起到保護作用。在開機正常工作以后，由于D2右面為B+PFC輸出電壓，電壓比左面高，D2呈反偏截止狀態，對電路的工作沒有影響，D2可選用可承受較大浪涌電流的普通大電流的整流二極管。在有些電源中，PFC后面的電容容量不大，也有的沒有接入保護二極管D2，但如果PFC后面是使用大容量的濾波電容，此二極管是不能減少的，對電路的安全性有著重要的意義。