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功率因数校正（PFC）和功率因数（PF）时，理解这两个概念的区别是非常重要的。

功率因数（PF）是一个衡量电力系统效率的指标，定义为有功功率与视在功率的比值。

它可以用来表示电力系统中的功率使用效率：

在理想情况下，PF 值为 1，表示所有输入功率都被有效地转换为有用的功率。

功率因数校正（PFC）是一种技术，用于改善电力系统中的功率因数。它的目标是将电源的PF值提高到接近1，以减少电能的浪费，提高系统效率。

PFC 主要有两种类型：

无源 PFC（Passive PFC）：

主要通过使用电感器、滤波器等被动组件来改善PF。

常见于一些低成本的电源设计中，如小功率紧凑型自镇流荧光灯（CFL）。

优点：结构简单、成本较低。

缺点：改善效果有限，通常不能达到很高的PF值。

有源 PFC（Active PFC）：

通过使用专门的电路和芯片（如ASIC）来主动调整电源的输入电流，使其尽可能与电压波形一致。

广泛应用于现代LED照明和高功率设备中，能够显著提高PF并降低总谐波失真（THD）。

优点：可以实现高PF值，减少谐波失真，提高系统效率。

缺点：成本较高、设计复杂。

主要内容：

历史背景：早期的照明设备，如荧光灯和紧凑型自镇流荧光灯，使用了简单的无源PFC电路来提高PF。随着技术的发展，LED照明开始采用有源PFC以满足更严格的标准和提高效率。

应用现状：LED灯具和适配器的广泛使用推动了PFC技术的发展，特别是有源PFC的使用。尽管无源PFC仍在一些低成本应用中被使用，但主流设备已经转向使用有源PFC技术。

在具体介绍解决方案前这里还是先理清概念，功率因数校正(PowerFactorCor-rection，PFC)是一种方法，或者说是一种途径来提升PF，改善THD。它与PF是不同的概念。把PFC说成是PF，或是反过来都是不对的，实际上现在许多设计资料网站内容介绍等都在混用这两个概念。

LED照明驱动电源以及适配器类电源的广泛推广和使用，在其不断演进过程中涌现了许多提高PF的方法，来满足不同的标准规范。其实，荧光灯，特别是紧凑型自镇流荧光灯(CFL)已经使用了有几十年之久，其电路中有一些简单的PFC电路已经得到广泛使用，如表1-8是小功率CFL中用得最多的几种电路。而对于LED照明发展的前期，在许多低成本电路中也得到了广泛使用。注意，这里采用的PFC电路均为无源校正方式，随着LED照明专用芯片(ASIC)的广泛发展，芯片成本也日益下降所以目前主流 LED灯具已开始采用ASIC来实现有源PFC。但为了信息资料的完整性以及电路的历史溯源，这里仍就照明中常用的无源 PFC 做一些简单的分析。

可以看到，填谷式高PFC电路，简单的方式可以实现0.85以上的功率因数，而THD却高达40%，不难发现，这个正可以满足1.4节所介绍的能源之星灯泡中的要求这也是在 2010年左右，大量 LED球泡灯、荧光灯等小功率产品广泛采用填谷式PFC电路的原因。

传统桥式整流与大容量电解电容滤波电路如图所示。由于只有在AC线路电压值高于电容(C1)上的电压时才会有电流通过，致使AC侧的输入电流Ic发生严重失真，电流导通角仅约60°(这取决于输出负载等因素)，如图所示，从60°到 120°，从 240°到300°。这样的结果就是:输人电流发生严重畸变，导致线路功率因数很低，大概 0.4~0.6，同时谐波电流值很大，如3次谐波达70%~80%，总谐波失真(THD)达120%以上。这种电路在目前的手机充电器等小功率(5W、10W这样的手机充电器 )，以及 75W 以下充电器、电源适配器中大量存在。从图可以看到，尖窄的导通角会导致较大的THD，所以自然地就会想到让电流导通角增大，这样就有了填谷式(也称之为逐流电路)的提出。

下面再看一下TI的知识，讲解的有关如何降低 PFC的 THD：

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ta/zhct466/zhct466.pdf?ts=1722048951777&ref_url=https%253A%252F%252Fcn.bing.com%252F

开发高端功率因数校正 (PFC) 设计，不仅需要在特定负载下使总谐波失真 (THD) 低于一定百分比，而且还需要每个谐波都不超过 IEC 61000-3-2 合规性标准中规定的特定限值。在这篇共分两部分的博客中，我将介绍用于降低 PFC 谐波和改善 THD 的谐波注入法。

IEC 61000-3-2 谐波限值

闭环调谐通常是一种降低谐波失真、改善 THD 的有效方法。不过，我看到过有 PFC 设计通过了 THD 测试，但无论工程师如何努力调谐控制环路，也无法通过单个谐波失真测试。传统闭环调谐在这种情况下帮助不大。因此需要使用新的方法来应对单个谐波。

我看到过工程师通过在单开关三相位整流器设计中注入三阶电流信号来降低 THD。这使我想到了一种抑制（补偿）高幅值谐波的类似方法。这种方法应该很容易使用，不仅不涉及额外的硬件成本，而且还非常灵活，可抑制任何阶数的谐波。

在 TI UCD3138 等数字电源控制器的帮助下，我开发出了一种简单的谐波注入法，其可有效抑制（补偿）任意阶数的谐波。因此，可降低特定阶数的谐波幅值、改善 THD。基本原理是生成一个特定阶数的正弦信号，并将该信号注入 PFC 电流控制环路。正弦信号的幅值可根据负载和输入电压等工作条件进行动态调整，从而可最大限度地提高抑制效果。

更具体说，在数字控制 PFC 中，固件分为两个主环路：针对低优先级和低速任务（例如内务操作）的后台环路；以及针对高优先级和时间紧迫型任务（例如 PFC 状态机）的中断环路。

按照以下步骤在后台环路中实施该方法：用模数转换器 (ADC) 在固定速率下测量输入电压 (Vac)。通过检查 ADC 测量值找到 Vac 零点交叉。算出两个连续零点交叉过程中 ADC 样片的数量，用以计算 Vac 频率。该频率是基本频率。在 UCD3138 的 ROM 中有一个正弦表。表中有 256 个条目对应于正弦波的一个周期，每个条目都是整数。以不同的速度读取该表，就可获得不同的正弦信号频率。正弦信号的幅值可能是表中条目乘以一个增益值。

以基本频率为基础，您将生成所需的高阶正弦信号。如果 PFC 的第三谐波过高，而我们希望将它降低，就可生成一个三阶正弦信号。如果要抑制一个阶数以上的谐波，就生成相同阶数的正弦信号并将其组合在一起。这些正弦信号将作为用于注入的谐波信号。

每个正弦信号的幅值都可进行良好调谐。另外，也可根据工作条件（例如负载和输入电压）对该幅值进行动态调节，以便最大限度提高补偿效果。重复上面第一个步骤。即使 AC 频率改变了，基本频率也会自动更新，而且可生成基于该最新基本频率的最新正弦信号。

后台环路中的谐波注入流程图：

将介绍如何将该正弦信号注入 PFC 控制环路，而且还将介绍该方法的一个实际使用实例。

按照以下步骤在中断环路中实施谐波注入法：在出现 Vac 零点交叉时，将准备好的正弦信号与 Vac 同步。将这些正弦信号注入 PFC 电流环路。电流环路中有几个可将其注入的位置，不过我的实验显示：注入 PWM 工作位置效果最佳。为下一个 AC 周期重复步骤 1。

 谐波注入流程图

该推荐方法在 360W 单相位 PFC 上进行了测试。谐波分析器显示，PFC 中的第三及第五谐波为高，因此应生成三阶及五阶正弦信号并将其注入电流控制环路。

通过谐波注入可显著降低第三及第五谐波。

使用谐波注入和不使用谐波注入的谐波对比

在抑制单个谐波时，THD 也会改善。

使用谐波注入和不使用谐波注入的 THD 对比

下面总结了这种方法的优势：可显著降低 PFC 谐波失真并改善 THD。可注入任意阶数的谐波。可同时注入任意阶数谐波的任意组合，从而可抑制一个以上的谐波。可根据工作条件动态调节所注入谐波信号的幅值，从而可最大限度提高补偿效果。非常灵活的总体固件解决方案，无需其它硬件。

总结：

在探讨功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）和功率因数（Power Factor, PF）时，理解这两个概念的区别是非常重要的。

在理想情况下，PF 值为 1，表示所有输入功率都被有效地转换为有用的功率。
功率因数校正（PFC）是一种技术，用于改善电力系统中的功率因数。它的目标是将电源的PF值提高到接近1，以减少电能的浪费，提高系统效率。PFC 主要有两种类型：无源 PFC（Passive PFC）无源 PFC 主要通过使用电感器、滤波器等被动组件来改善PF。常见于一些低成本的电源设计中，如小功率紧凑型自镇流荧光灯（CFL）。优点：结构简单、成本较低。

缺点：改善效果有限，通常不能达到很高的PF值。

有源 PFC（Active PFC）有源 PFC 通过使用专门的电路和芯片（如ASIC）来主动调整电源的输入电流，使其尽可能与电压波形一致。广泛应用于现代LED照明和高功率设备中，能够显著提高PF并降低总谐波失真（THD）。优点：可以实现高PF值，减少谐波失真，提高系统效率。

缺点：成本较高、设计复杂。

历史背景与应用现状

早期的照明设备，如荧光灯和紧凑型自镇流荧光灯，使用了简单的无源PFC电路来提高PF。随着技术的发展，LED照明开始采用有源PFC以满足更严格的标准和提高效率。

LED灯具和适配器的广泛使用推动了PFC技术的发展，特别是有源PFC的使用。尽管无源PFC仍在一些低成本应用中被使用，但主流设备已经转向使用有源PFC技术。

解决方案概述

在具体介绍解决方案前，我们需要先理清概念，功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）是一种方法，或者说是一种途径来提升PF，改善THD。它与PF是不同的概念。把PFC说成是PF，或是反过来都是不对的，实际上现在许多设计资料网站内容介绍等都在混用这两个概念。

LED照明驱动电源以及适配器类电源的广泛推广和使用，在其不断演进过程中涌现了许多提高PF的方法，来满足不同的标准规范。荧光灯，特别是紧凑型自镇流荧光灯（CFL）已经使用了有几十年之久，其电路中有一些简单的PFC电路已经得到广泛使用，如下表所示是小功率CFL中用得最多的几种电路。而对于LED照明发展的前期，在许多低成本电路中也得到了广泛使用。这里采用的PFC电路均为无源校正方式，随着LED照明专用芯片（ASIC）的广泛发展，芯片成本也日益下降，所以目前主流 LED灯具已开始采用ASIC来实现有源PFC。但为了信息资料的完整性以及电路的历史溯源，这里仍就照明中常用的无源PFC做一些简单的分析。

填谷式高PFC电路

可以看到，填谷式高PFC电路，简单的方式可以实现0.85以上的功率因数，而THD却高达40%，这正可以满足能源之星灯泡中的要求。这也是在2010年左右，大量 LED球泡灯、荧光灯等小功率产品广泛采用填谷式PFC电路的原因。

由于只有在AC线路电压值高于电容(C1)上的电压时才会有电流通过，致使AC侧的输入电流Ic发生严重失真，电流导通角仅约60°（这取决于输出负载等因素）。这样的结果是输入电流发生严重畸变，导致线路功率因数很低，大概0.4~0.6，同时谐波电流值很大，如3次谐波达70%~80%，总谐波失真（THD）达120%以上。这种电路在目前的手机充电器等小功率设备（如5W、10W的手机充电器）以及75W以下的充电器和电源适配器中大量存在。尖窄的导通角会导致较大的THD，所以自然地就会想到让电流导通角增大，这样就有了填谷式（也称之为逐流电路）的提出。

降低PFC的THD

在TI UCD3138等数字电源控制器的帮助下，我们开发出了一种简单的谐波注入法，其可有效抑制（补偿）任意阶数的谐波。因此，可降低特定阶数的谐波幅值、改善THD。

谐波注入法的原理与实现基本原理是生成一个特定阶数的正弦信号，并将该信号注入PFC电流控制环路。正弦信号的幅值可根据负载和输入电压等工作条件进行动态调整，从而可最大限度地提高抑制效果。

在数字控制PFC中，固件分为两个主环路：针对低优先级和低速任务（例如内务操作）的后台环路；以及针对高优先级和时间紧迫型任务（例如PFC状态机）的中断环路。

后台环路中的谐波注入实现步骤用模数转换器（ADC）在固定速率下测量输入电压（Vac）。通过检查ADC测量值找到Vac零点交叉。算出两个连续零点交叉过程中ADC样片的数量，用以计算Vac频率。该频率是基本频率。在UCD3138的ROM中有一个正弦表。表中有256个条目对应于正弦波的一个周期，每个条目都是整数。以不同的速度读取该表，就可获得不同的正弦信号频率。正弦信号的幅值可能是表中条目乘以一个增益值。

以基本频率为基础，生成所需的高阶正弦信号。例如，如果PFC的第三谐波过高，而希望将其降低，就可生成一个三阶正弦信号。如果要抑制一个阶数以上的谐波，就生成相同阶数的正弦信号并将其组合在一起。这些正弦信号将作为用于注入的谐波信号。

每个正弦信号的幅值都可进行良好调谐。此外，也可根据工作条件（例如负载和输入电压）对该幅值进行动态调节，以便最大限度提高补偿效果。

重复第一个步骤。即使AC频率改变了，基本频率也会自动更新，而且可生成基于最新基本频率的最新正弦信号。

中断环路中的谐波注入实现步骤在出现Vac零点交叉时，将准备好的正弦信号与Vac同步。将这些正弦信号注入PFC电流环路。电流环路中有几个可将其注入的位置，不过实验显示注入PWM工作位置效果最佳。

为下一个AC周期重复上述步骤。

实际使用实例

该推荐方法在360W单相位PFC上进行了测试。谐波分析器显示，PFC中的第三及第五谐波为高，因此生成三阶及五阶正弦信号并将其注入电流控制环路。通过谐波注入可显著降低第三及第五谐波。抑制单个谐波时，THD也会改善。

方法优势总结可显著降低PFC谐波失真并改善THD。可注入任意阶数的谐波。可同时注入任意阶数谐波的任意组合，从而抑制一个以上的谐波。可根据工作条件动态调节所注入谐波信号的

以上是TI给出的相关知识，供大家参考学习，如果发现有问题或者错误的地方，麻烦下面留言，我这边更改，谢谢。