電子發(fā)燒友網綜合報道 功率因數校正（Power Factor Correction，簡稱 PFC）是一種用于提高電力系統(tǒng)功率因數、降低諧波污染的技術。它廣泛應用于開關電源、電機驅動、照明設備等領域，尤其是在現(xiàn)代電力電子設備中，PFC 已成為必不可少的關鍵技術。

在 PFC 中，有三個重要的概念：有功功率（P）：實際做功的功率，單位為瓦特（W）；視在功率（S）：電壓與電流有效值的乘積，單位為伏安（VA）；無功功率（Q）：用于建立磁場或電場的功率，單位為乏（var）。PFC 的核心目標是使功率因數（有功功率與視在功率的比值）接近 1，減少電網諧波污染和能量損耗。

PFC 的核心思想是通過控制電路，使輸入電流波形盡可能接近正弦波，并與輸入電壓同相位，從而提高功率因數，降低諧波含量。具體實現(xiàn)方式分為：第一種是無源 PFC，利用電感、電容等無源元件進行濾波，結構簡單但效果有限；第二種是有源 PFC，采用主動控制電路（如 Boost 電路）和控制器（如專用 PFC 芯片或數字控制器），實時調整輸入電流波形，效果優(yōu)異。

從拓撲電路來看，主要分為：?
·Boost PFC（升壓型）：最常見，輸入電流連續(xù)，控制簡單，效率高，廣泛應用于中功率場合；?
·Buck PFC（降壓型）：輸入電流不連續(xù)，控制復雜，效率較低，較少使用；?
·Buck-Boost PFC（升降壓型）：輸入輸出電壓范圍寬，控制復雜，適用于特殊場合；?
·Flyback PFC（反激型）：結構簡單，成本低，適合小功率電源；?
·Bridgeless PFC（無橋 PFC）：省去整流橋，效率更高，成本較高，適用于高效率場合。?
對于電機應用而言，提高功率因數有助于降低電網負擔。電機驅動系統(tǒng)通常采用整流 + 逆變結構，若不使用 PFC，輸入電流會呈現(xiàn)脈沖狀，含有大量諧波，嚴重影響電網質量。高頻 PFC 通過高頻開關技術將輸入電流整形為與電壓同相的正弦波，顯著降低總諧波失真（THD），提高功率因數（PF），減少對電網的干擾。

提高 PFC 還能夠提升電機系統(tǒng)的 EMC 性能，傳統(tǒng)整流電路產生的高次諧波會注入電網，干擾其他用電設備。例如，高頻 PFC 通過高頻開關控制，可將輸入電流總諧波畸變率（THD）從傳統(tǒng)整流的 30%-50% 降至 5% 以下，顯著降低對電網的諧波污染，使電機驅動系統(tǒng)更容易通過 EMC 認證。這對醫(yī)療、航空航天等對電磁干擾敏感的領域尤為重要。

同時，提高 PFC 能夠提升電機性能并提高功率密度。這可以大幅減小儲能元件（電感、電容）的尺寸，對電機驅動系統(tǒng)的小型化、輕量化至關重要：在電動汽車中，可減少驅動控制器的占用空間，提升整車布局靈活性；在工業(yè)伺服系統(tǒng)中，可縮小控制柜體積，適應緊湊的生產環(huán)境；在家電（如變頻空調）中，可降低產品尺寸，提升用戶體驗。

目前，市場上有眾多產品幫助工程師在電機系統(tǒng)中提高 PFC。以德州儀器 TIDA-010236 為例，該參考設計是一款 4kW 連續(xù)導通模式（CCM）圖騰柱功率因數校正（PFC），具有頂部冷卻的氮化鎵（GaN）子板和 TMS320F280025C 數字控制器。除了 LMG352x 和 C2000 的集成保護功能外，還實施了全面保護。交流壓降、浪涌和傳導發(fā)射（CE）經過充分驗證，通過 C2000 和 GaN 提供高效且堅固的圖騰柱 PFC 設計。

這款參考設計的特征性能包括：在 200V 至 277V 標稱電壓下的最大功率為 4000W，峰值效率≥98.66%，功率因數≈0.999，與 TMS320F28002x 數字控制器兼容。其適用于空調室外機、暖通空調電機控制、單相在線 UPS、主要設備、工業(yè) AC-DC 等領域。

不過，在電機系統(tǒng)中提高功率因數校正（PFC）性能時，需要綜合考慮電機選型、拓撲結構、控制策略、元件選型、熱管理和電磁兼容性等多個方面。首先要避免 “大馬拉小車”，電機長期輕載運行時，功率因數會顯著下降（異步電機輕載時功率因數可低至 0.2-0.5）。需根據實際負載需求合理選型，確保電機額定功率與負載匹配，從源頭減少無功功率產生。

其次，拓撲結構、控制策略、元件選型等要根據應用場景而定。例如，高頻率可縮小無源器件體積，但會增加開關損耗，需根據效率和熱設計進行權衡；MOSFET 應選用低導通電阻、高耐壓、快恢復特性的器件，以降低損耗并提高效率；適當增大電感值可降低電流紋波，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但會增加體積和成本，需要在性能與尺寸之間權衡；Boost 型、圖騰柱型等結構各有優(yōu)劣，需要根據功率等級、成本和應用場景選擇合適的 PFC 拓撲結構。