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填谷式功率因数校正（Valley Fill PFC）电路是一种简单的无源功率因数校正技术，主要用于改善交流（AC）电源输入电流的波形，以提高功率因数并减少谐波污染。这种技术尤其适用于低功率应用，如荧光灯电子镇流器。下面是对填谷式PFC电路及其改进型的一些详细解释：

基本填谷式PFC电路

基本填谷式PFC电路如图所示，它主要由两个大容量的电解电容（C1和C2）和两个二极管（VD1和VD2）组成。在交流电压的正半周期，C1通过VD1充电，而在负半周期，C2通过VD2充电。由于电容的充放电特性，这种电路能够在一定程度上“填平”输入电流的谷值，从而改善功率因数。

改进型填谷式PFC电路

为了进一步提高功率因数并减少输入电流的失真，可以采用如图所示的改进型填谷式PFC电路。这个电路通过增加三个二极管（VD5、VD6、VD7）和两个等值电容（C3和C4）来改进性能。

工作原理：当AC线路电压较高时，VD6导通，C3和C4串联后与C1和C2一起充电。此时，由于电容的串联，总电容值减小，充电电流相对较大，有助于在电压峰值附近填充电流的谷值。

当AC线路电压降至低于C3和C4上的电压之和的一半时，VD6反向偏置，而VD5和VD7导通。此时，C1和C2并联放电，通过负载提供电流。由于电容并联，总电容值增大，放电过程更加平缓，有助于维持输入电流的连续性。

输出电压波形和输入电流特性

输出电压波形：由于填谷式PFC电路中的电容充放电过程，输出电压波形会呈现脉动形状，即电压在电容充电时上升，在放电时下降。这种波形通常不是非常平滑，但在实际应用中，由于负载的平滑作用，通常不会对设备性能产生显著影响。

输入电流特性：改进型填谷式PFC电路能够显著改善输入电流的波形，使其更接近正弦波。通过填平电流的谷值，输入电流的导通角可以增加到接近120°，从而显著提高功率因数。然而，需要注意的是，实际输入电流波形可能受到多种因素的影响，电源质量、负载特性等，因此可能无法完全达到理论上的理想波形。

填谷式功率因数校正电路(Valley-FiuPFC)，如图所示，基本型填谷式无源PFC电路的输人电流波形，注意，电容和二极管的方向可以调换。此电路最初由 James J.Spangler于1988年提出，并于1991年12月发布于IEEE(http://www.spanglerprototype.com/pfc/AS 1991 PFC Techniues.pdf)，开始用于荧光灯电子镇流器中，随后得到一些改进并被广泛使用，其改进型电路如图所示。

基本型填谷式无源 PFC 电路输入电流波形：

下图这是比较理想的波形图，实际上的输人电流波形远没有这么好。

滤波电容的充放电方式使得整流桥二极管的导通角增大，而使得原为脉冲尖峰波形的电流可以变为接近于正弦波的电流波形，从而达到修正功率因数之目的。但是由于两个电容并联放电，放电电压仅为峰值电压的一半，整个PFC输出电压较低。另外其输出电压脉动成分较高，纹波大，仅适用于小功率LED照明电源。

简单地说，就是串联充电、并联放电，其简化等效图如图所示，红色即为充电方向，可以看到此时是两个电容作为串联在充电，而放电的时候，由于C1和C2容值相等它们都充到了/的电压，并以这个电压作为并联的方式进行放电，如图 绿色线所示。

无源 PFC 电路简化等效电路，以及充放电路径(C1=C2):

但此填谷电路存在几个严重的缺陷:

DC BUS总线的电压波动太大，对于后端控制器来说，即占空比变化范围太大需要留下足够的设计裕量来考虑这个情况，因此，这个电路也不适用于全电压范围下的电源设计。

此电路不太适用于降压型电路，举例来说:比如220V的AC整流滤波后是310V左右的 DC，电容串联充电,每个电容器分得的电压大概是 155V左右，然后并联放电也是155V左右，所以降压电路的输出电压必须小于155V，这样在某些场合效率

等影响过大。此电路仍然不能很好地满足IEC61000-3-2℃类的要求，所以改进型电路中会在中间二极管处加入电感或是功率电阻，这有助于减少THD，但是损耗会增加。文章(http://www.spanglerprototype.com/pfc/AS 1991 PFC Techniues.pdf)中也提到了加人电感以及电阻对 THD 的改善。

总结：

填谷式功率因数校正（Valley Fill PFC）电路是一种用于改善AC电源输入电流波形的简单无源技术，尤其适用于低功率应用如荧光灯电子镇流器。该技术通过串联充电、并联放电的方式，利用电容和二极管调整电流波形，提高功率因数，减少谐波污染。然而，基本型填谷式PFC存在输出电压波动大、不适用于全电压范围及降压型电路等缺陷。改进型电路通过增加二极管和电容，以及可能加入电感或电阻，进一步改善功率因数和电流波形，但也会增加成本和损耗。总体而言，填谷式PFC是一种经济有效的解决方案，适用于特定的小功率应用场景。