所有電子設(shè)備都需要電源將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備的直流電壓。線性電源，即使是具有無源濾波的電源，也具有較低的功率因數(shù)，并且會向系統(tǒng)中引入諧波電流。
　　單個電源的總體影響并不大，但當(dāng)您考慮使用數(shù)百萬個此類電源時，這些電源對電能質(zhì)量的綜合影響可能很大。我們可以通過使用包含功率因數(shù)校正電路的電源來改善這種情況，從而提高功率因數(shù)并減少諧波電流。升壓功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器是一種可以添加到電源中以顯著提高電源質(zhì)量的電路。
　　功率因數(shù)和功率因數(shù)校正
　　一種類型的功率因數(shù)校正 (PFC) 涉及無源校正，其中通過添加將使用相等但相反量的無功功率的組件來補償系統(tǒng)的無功功率。例如，如果負(fù)載為無功功率為 1.754 kVAR 的感性負(fù)載，則系統(tǒng)將需要無功功率為 1.754 kVAR 的容性負(fù)載來對抗電感。
　　實現(xiàn)這種功率因數(shù)校正的一種方法是使用大量電容器，可以在需要時切換到電路中。這種類型的功率因數(shù)校正非常適合大規(guī)模的線性負(fù)載，其中功率因數(shù)校正系統(tǒng)的成本可以由整個系統(tǒng)的尺寸和成本來吸收。
　　在較小的規(guī)模上（例如，單獨的電源）功率因數(shù)也很重要。這很重要，不是因為任何單個電源都會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響，而是因為電源數(shù)量太多。更具挑戰(zhàn)性的是，這些電源是非線性負(fù)載，因此不能通過簡單地添加電抗元件（即電容器或電感器）來校正功率因數(shù)。
　　為了確保電子設(shè)備不會對電網(wǎng)的功率因數(shù)產(chǎn)生顯著的累積影響，EN61000-3-2和Energy Star 80 Plus等國際標(biāo)準(zhǔn)對電源引入的功率因數(shù)下降和諧波失真設(shè)置了限制。
　　之前的一篇文章表明，簡單的無源濾波器不足以充分改善功率因數(shù)或諧波失真。相反，我們必須使用有源功率因數(shù)電路來強制交流電流跟蹤交流電壓。
　　升壓功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器
　　最常見的有源 PFC 電路之一稱為升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器，這是一種相對簡單且成本低廉的電路。除了線性 AC-DC 轉(zhuǎn)換器中使用的元件之外，唯一需要的額外元件是開關(guān)（通常是 FET）、二極管和電感器。　　下圖 1 顯示了升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器。可以看到，它本質(zhì)上是一個線性電源，在整流器和濾波電容之間插入了升壓轉(zhuǎn)換器。

　　　

　圖 1.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器電路　

　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的總體目標(biāo)是以變化的占空比快速關(guān)閉和打開開關(guān) (S 1 )，以使輸入電流 (i ac ) 呈正弦波且與輸入電壓 (vac )同相。
　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器操作
　　升壓 PFC 電路在兩種狀態(tài)之間快速循環(huán)。第一種狀態(tài)發(fā)生在S1閉合時，如圖2所示。在此狀態(tài)下，電感器由電路的交流側(cè)通過整流器供電，因此電感器電流將增加。同時，二極管D pfc變?yōu)榉聪蚱茫ㄒ驗槠潢枠O通過S 1連接到地），并且通過電容器向負(fù)載提供能量。　

　　　圖 2.開關(guān) (S 1 ) 閉合時的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器　

　　圖 3 顯示了第二種狀態(tài)，該狀態(tài)發(fā)生在 S1斷開時。在這種狀態(tài)下，電感器斷電（電流減小），因為它向負(fù)載提供能量并對電容器再充電。　　　

     　圖 3.開關(guān) (S 1 ) 打開的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器

　　（請注意，圖 2 和圖 3 均僅顯示輸入電壓周期的正半部分。負(fù)半部分是相同的，只是電流會流過整流器的其他兩個二極管。）
　　兩種狀態(tài)之間的循環(huán)是在至少數(shù)十 kHz 的高頻下完成的，但通常比該頻率高一個數(shù)量級（甚至更多）。狀態(tài)之間的來回循環(huán)是快速完成的，并且以既保持恒定輸出電壓又控制平均電感器電流（以及隨后的平均交流電流）的方式進(jìn)行。
　　由于電感器電流在狀態(tài) 1 中增加并在狀態(tài) 2 中減少，因此占空比決定了電感器電流增加的時間量與電感器電流減少的時間量。因此，通過改變占空比，可以調(diào)整平均電感器電流。通過使平均電流跟蹤預(yù)期電流，您可以顯著改善功率因數(shù)和總諧波失真 (THD)。　　對于理想系統(tǒng)，預(yù)期的電感器電流將是整流正弦波，預(yù)期的交流輸入電流將是正弦波。由于系統(tǒng)的開關(guān)特性以及難以完美跟蹤預(yù)期電流，交流輸入電流 (I ac ) 不會是理想的正弦波，電感電流 (I (L) ) 也不會是理想的正弦波。整流正弦波，但看起來像這樣：

　　　　

     圖 4.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的交流電流和電感器電流 

　　這些電流是它們應(yīng)有的一般形狀（正弦波/整流正弦波），但值得注意的一件事是信號線看起來很粗。出現(xiàn)這種厚度的原因是，在一個周期內(nèi)，隨著平均電流被控制以跟蹤參考正弦電壓，電流先斜坡上升，然后斜坡下降。
　　放大電感器電流可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)在兩種狀態(tài)之間切換時，電感器電流會反復(fù)增加和減少。　　

　　升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的電感電流的半個周期

　圖 5.升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器中電感器電流的放大視圖

　　升壓 PFC 控制系統(tǒng)
　　需要閉環(huán)控制來確保輸出電壓保持不變，并且交流電流為正弦波且與交流電壓同相。描述控制系統(tǒng)的設(shè)計方式超出了本文的范圍，但圖 6 為您提供了整個系統(tǒng)的總體概念；它顯示了帶有控制器塊的升壓 PFC 電路，該控制器塊接受四個輸入并生成應(yīng)用于 S 1柵極的脈寬調(diào)制 (PWM) 輸出。　　　

　圖 6.具有控制系統(tǒng)的升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器電路　

　　圖 6 所示的控制系統(tǒng)需要三件事：
　　測量輸出電壓 (V dc )，以確保其保持在參考電平 (V ref )
　　測量交流電壓，為電感電流提供參考
　　測量平均電感電流以確保其跟蹤整流交流電壓
　　控制系統(tǒng)通常是PI 或 PID 控制系統(tǒng)，可確保參考信號和所需信號之間的差異盡可能小。
　　成功設(shè)計的結(jié)果是改善功率因數(shù)和 THD，以及穩(wěn)定的輸出電壓。升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器的交流電壓和電流如圖 7 所示。　　

    功率因數(shù)校正后的交流電壓和電流

　　圖 7.交流電壓和電流　　
　　您可以看到電流和電壓接近同相，并且電流呈大致正弦形狀，失真最小。
　　對該系統(tǒng)的分析表明，功率因數(shù)略低于0.99，THD約為10%。這些數(shù)字表明電能質(zhì)量相當(dāng)好，足以滿足IEC 61000-3-2的諧波電流要求以及Energy Star 80 Plus的功率因數(shù)要求。