摘要：  本文分析了有源功率因数校正电路的基本原理，并通过一个设计示例给出了常用的设计方法与公式。

关键字：  功率因数校正，APFC，电感，CCM功率因数校正，APFC，电感，CCM

1 引言
随着生活水平的提高，彩电、计算机等大功率电器已经逐渐普及，开关电源作为一种高效可靠的转换方式在各类电器中得到广泛应用，开关电源通过AC-DC转换为设备提供各种不同要求的电源。在开关电源的输入端为了得到比较稳定的直流电压就需要接大的电解电容，这样就会导致开关电源呈现容性，因此虽然输入电压是正弦的，但输入电流波形却严重的畸变。大量的大功率开关电源在电网中存在就导致产生严重畸变的脉冲电流，并且存在大量的谐波噪声。这些脉冲输入电流有效值大，而平均值小，导致开关电源负载功率较小，而且输入的伏安值却较大（如图1所示），造成了资源浪费。
欧盟规定输入功率大于75W的开关电源必须加装PFC电路，国家的3C认证也对PFC(PFC:Power Factor Correction)电路的加装提出了要求。为了达到节约能源的目的，越来越多的功率低于75W的电源也开始采用PFC电路来提高功率因数，目前大致可分为有无源(PPFC)与有源(APFC)两种方案，本文以APFC为例，介绍一下使用简单方法进行APFC电感的设计计算方法。
2 工作原理
APFC电源通常采用boost电路，因为需要保持输出电压恒定，又要控制输入电流为正弦波，以获得高的功率因数，为了能方便地控制输入电流，一般可采用电流准连续模式（TM模式）的APFC控制芯片，即电感电流处于连续模式与断续模式的临界点。其工作原理如下：首先APFC控制芯片每一开关周期开始时控制MOS管导通，电感电流线性增加，然后将电感电流的检测到的信号与芯片内部参考信号相比，当电感电流检测值等于电感电流参考值时，MOS管关断，电感电流减少，当电感电流降为零时，MOS管再导通，循环进行。这样使输入电源的平均值与输入电压的正弦曲线基本一致，减少了输入电流有效值，从而提高电源的功率因数（如图3）。   
3 主要设计方法与示例
现在使用的APFC芯片功能大同小异，本文以设计一款工作于CCM模式的改进型硬盘阵列电源PFC电感为例，举例说明一般算法，本示例中省略了繁琐的公式推导，直接引用公式进行计算来举例说明PFC电感的计算过程：
已知条件：
输入电压：Vac=85-265V 50Hz
PFC输出电压：VO=400V，输出功率：PO=330V
开关频率FSW=65kHz（芯片固定频率）
估计PFC电源的转换效率，η=0.90
预置开关纹波电流系数：k=0.2根据实际情况可以进行调整，一般取0.15-0.25之间；
计算过程：
1. 计算最大交流输入电流有效值：
；
2. 最大输入正弦峰值电流：
；
3. 在最低输入电压，最大负载时，电源将产生最大的纹波电流，此时纹波电流峰峰值：Ihf=K×IinPK=0.2×6.1A=1.22A；
4. 电感在最低输入电压，最大负载时的峰值电感电流是最大输入正弦峰值电流与纹波电流峰峰值的一半之和，即：；
5.确定最大占空比：
 
6.为能存储足够的能量，电感的感量最小不能低于：当D=Dmax=0.70时，电感应可能满足输出需求，即：

7. 选择磁芯与确定圈数。
首先确定使用磁芯，目前常用的磁芯有磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。其中磁粉芯的优点是，μ值低，气隙平均，不需要再开气隙，而且漏磁小，电磁干扰比较低，不易饱和。但是绕线比较困难，特别是大电流粗线径时不利于作业，另外也需要考虑直流叠加所造成的电感衰减造成的影响。铁氧体磁芯规格较多，而且损耗小，价格便宜，但需要开气隙，饱和点也比较低，耐直流偏磁能力比较差。非晶/微晶合金的优点是饱和点高，但需要开气隙，而且成本较高。环形铁芯绕出来的电感分布电容小，对电磁兼容也非常有利，所以使用环形磁芯的设计较多。本例中分别用环形与常规的PQ设计，具体步骤如下：
7.1 如果采用环形磁芯，例如选用μr=125的铁硅铝环时，按铁硅铝的特性，可以将最大工作B值取到0.8，根据公式：

选用MAGNITICS 77089-A7，查产品手册：Ae=134mm2，Le=116.3mm，Ve=Ae×Le=134mm2×116.3mm=1.558×10-5m3>Ve min所以可以使用；
电感圈数