低谐波、高功率因数AC/DC开关电源变换器设计

随着生产的发展和技术的进步，特别是各种具有整流入端的电力电子负载的广泛应用，即各种非线性的、时变的负载和设备的大量涌现，电力系统中产生大量谐波并对电力系统的安全运行产生威胁。电力系统的谐波问题和低功率因数问题，主要由各种中小负载和设备的电子电源和电力电子装置造成的，它们是最严重的污染源。

因此应采用有效的措施，降低电子电源和电力电子装置的谐波，提高功率因数。目前绝大部分电子电源都采用如图1-a所示的非控二极管整流、滤波大电容和开关稳压电路结构，把AC电源变换成DC电源。这种AC/DC变换电路的输入电压虽为正弦波，但输入电流却发生了畸变，如图1-b所示，造成电网侧输入电流严重的非正弦化输入电流非正弦化必然导致电流总谐波失真(THD)高和功率因数(PF)低(这种AC/DC变换器线路功率因数一般只有0.5～0.7，造成的谐波含量很高，仅3次谐波就达6O以上)，影响整个电力系统的电气环境及用电设备的安全经济运行。

有源功率因数校正(APFc)原理

提高电子电源的功率因数，抑制其电流谐波畸变，目前有无源校正和有源校正两种方案。无源校正是在电路中串联(或并联)无源LC谐振回路，使电路入端电流接近正弦波；有源校正是在电路中加入有源控制电路，使入端电流在一定程度上可控，从而校正电流波形，实现低谐波，高功率因数；有源校正电路比无源校正电路在效率、重量和成本等方面均有优势。因此对中小功率应用，最有效的措施是采用有源功率因数校正技术。有源校正方案在实现过程中，有降压变换型、升压变换型和反激变换型。其中降压变换型功率因数校正电路的输出电压难于控制}而反激变换型功率因数校正电路的峰值电流比较高，所以功率容量差；升压型功率因数校正电路的输入电压范围宽，一般认为是最合适的电子电源功率因数校正电路。

升压型有源功率因数校正技术主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形同相，从而避免了电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。电路原理如图2-1所示，在工作过程中，输入电感L。中的电流受到连续监控和调节，使之能跟随并与整流后单相正弦电压成比例。通过乘法器实现由输入误差信号V和输入电压来调控正弦基准电流I的幅度，从而达到调整输出电压的目的。有源功率因数校正电路尽管作用明显，但控制电路比较复杂，随着电子技术的发展，专用于APFC的Ic电路已对设计高功率因数、低谐波失真的各类电子电路提供了技术支持。