功率因数校正在能量收集系统功效和质量方面的应用
在任何配电系统中，非电阻性负载会导致电流和电压异相移动，从而导致能量作为无功功率损失。虽然在纯阻性负载的情况下电流和电压将保持同相，但感性负载存储无功功率并导致电流滞后于电压，并且容性负载导致电流引导电压。当电流波形不跟随电压波形时，不仅功率损失，而且所产生的谐波可以通过配电系统，从而破坏其他连接的设备。
随着电流和电压波形越来越接近，所有功率都包含在基频中，谐波降至零。功率因数校正（pfc）用于控制电流以匹配电压的形状和相位，通过有效地将负载转换为纯电阻来最大化来自电源的实际功率。
在微观层面，功率因数校正为能量收集电路的设计者提供了直接的好处。用于从环境源获取能量的功率调节电路经常导致电流输出中的谐波，导致功率损耗。在这些情况下，线性稳压器的使用导致在最佳工作范围之外工作时效率降低，而开关稳压器的使用可能引入额外的设计挑战，以解决可能限制最佳功率输出的稳定性问题。 pfc电路旨在解决这些挑战。
因此，功率因数校正（pfc）在最大化实际功率和保持其质量方面发挥着关键作用。控制谐波电流的最简单方法是使用仅以线路频率传递电流的滤波器。该滤波器降低了谐波电流，这意味着非线性器件现在看起来像线性负载。此时，可以根据需要使用电容器或电感器使功率因数接近一致。该滤波器需要大尺寸，高电流的电感器，这些电感器体积大且价格昂贵。
与无源pfc方法不同，有源方法以最少的元件数量和成本实现pfc。利用各种集成器件，设计人员可以使用cirrus logic，freescale semiconductor，fremont micro devices，linear technology，on semiconductor，renesas，stmicroelectronics，texas instruments和toshiba等制造商的ic轻松实现能量采集应用中的pfc，等等。
降低损耗
在典型的电源电路中，功率因数校正电路位于整流器和输出存储电容之间（图1）。虽然功率因数可以通过无源元件进行校正，但有源功率校正为许多设计提供了更小，更有效的解决方案。
图1：有源功率因数校正电路位于整流器和存储电容器组件之间，以确保电流波形的形状和相位与电压波形相匹配（感谢on）半导体）。
传统的pfc电路可以构建为在不连续或连续模式下工作，其中电流在每个周期（不连续）期间接通和断开，或者电流从未达到零（连续）。临界传导模式（crm）是一种混合型，在不连续和连续模式之间运行。 crm消除了不连续模式在循环之间施加的死区时间，直到电流重新打开为止。同时，与连续模式相比，它允许电流返回到零。这些属性及其相对简单性使crm pfc非常适合能量收集等低功耗应用，设计人员可以从各种crm pfc ic中进行选择。
对于低功耗应用，设计人员可以转向基本的crm pfc器件，包括飞思卡尔半导体fan7527bn，fremont micro器件ft821，安森美半导体mc33262，stmicroelectronics l6561，德州仪器ucc28051d和东芝tb6819afg等。为了实现pfc，这些基本器件通常依靠门控信号来打开和关闭功率mosfet，从而产生匹配形状和相位电压波形所需的电流波形（图2）。
图2：基本crm pfc ic通常通过门控电感电流来提供塑造电流波形所需的功能（由fairchild semiconductor提供）。
此类设备通常结合了误差放大器，零电流检测器，开关电流传感器，输入电压传感器和开关驱动器，只需几个外部元件即可实现完整的pfc解决方案。此外，这些器件通常还包括用于过压保护，欠压锁定，欠压检测和其他故障的内置电路。
在差异化因素中，这些产品具有不同的工作电流水平和性能特征。对于他们的l6561，stmicroelectronics包括带有线性乘法器的特殊电路，以减少输入电流失真，从而在各种负载条件下提供低thd。对于他们的fan7527bn，飞兆半导体使用精密双输入乘法器，在宽动态范围内具有严格的线性度，以确保在各种工作条件下的pfc性能。
工程师可以找到设计有特殊功能的crm pfc ic，旨在支持高效的电源设计。凌力尔特公司的lt3798包括能够检测初级侧反激信号输出电压的电路，无需光隔离器或信号变压器进行反馈。
对于他们的fan6920mr，飞兆半导体集成了一个准谐振pwm控制器，旨在减少过零时的输入电流失真，从而提高总谐波失真（thd）性能。此外，这种配置有助于降低开关损耗，实现高效运行。
数字控制
基于数字的pfc解决方案具有广泛的优势，包括消除由于元件公差和老化引起的不准确性。设计人员可以优化算法参数以获得所需的性能水平，而不是修剪外部组件来调整pfc性能。
cirrus logic cs1501将必要的电流和电压测量电路与执行数字算法的处理器内核相结合，优化mosfet驱动信号占空比和开关频率以实现pfc。在轻载条件下，cs1501可以间歇性地禁用pfc周期，以提高系统效率。
设计人员还可以使用与构建主应用程序相同的集成mcu内置基本pfc功能。设计人员可以使用集成的mcu（如renesas v850e，包括adc，dac和pwm功能）实现基于数字的基本pfc控制器。在这里，mcu通过控制在pfc级中为主要应用（如电机控制器）形成输入电流所需的门控信号，从而无需pfc ic（图3）。
图3：具有集成adc，dac和pwm功能的mcu可以在电源阶段塑造电流波形，无需单独的pfc ic（图片由renesas提供） ）。
结论
pfc已经成为能量收集中日益重要的功能，不仅要满足法规要求，还要确保最大的电源效率和质量。对于许多能量采集设计，基本的crm pfc ic提供了实现功率因数校正所需的功能和低功耗性能的组合，同时具有最少的附加组件和复杂性。在某些情况下，可以利用用于满足应用要求的集成mcu来提供简单的pfc解决方案。
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因此，功率因数校正（pfc）在最大化实际功率和保持其质量方面发挥着关键作用。控制谐波电流的最简单方法是使用仅以线路频率传递电流的滤波器。该滤波器降低了谐波电流，这意味着非线性器件现在看起来像线性负载。此时，可以根据需要使用电容器或电感器使功率因数接近一致。该滤波器需要大尺寸，高电流的电感器，这些电感器体积大且价格昂贵。
与无源pfc方法不同，有源方法以最少的元件数量和成本实现pfc。利用各种集成器件，设计人员可以使用cirrus logic，freescale semiconductor，fremont micro devices，linear technology，on semiconductor，renesas，stmicroelectronics，texas instruments和toshiba等制造商的ic轻松实现能量采集应用中的pfc，等等。
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