逆變電源中功率因數校正的應用

引言

由于對性能要求的不斷提高，特別是當前“綠色”電源的呼聲越來越高，現代逆變器系統對功率因數校正和電流諧波抑制提出的更高的要求。本文對功率因數校正在現代逆變電源中的應用作了簡要介紹。分析比較了幾種帶有PFC功能的逆變器構成方案，分析結果表明帶單級隔離型PFC電路的兩級逆變器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。

1 現代逆變電源系統的組成和結構

隨著各行各業控制技術的發展和對操作性能要求的提高，許多行業的用電設備都不是直接使用通用交流電網提供的交流電作為電能源，而是通過各種形式對其進行變換，從而得到各自所需的電能形式。現代逆變系統就是一種通過整流和逆變組合電路，來實現逆變功能的電源系統。逆變系統除了整流電路和逆變電路外，還要有控制電路、保護電路和輔助電路等。現代逆變系統基本結構如圖1所示。

圖1 逆變系統基本結構框圖

現代逆變系統各部分功能如下：

1. 整流電路：整流電路就是利用整流開關器件，如半導體二極管、晶閘管(可控硅)和自關斷開關器件等，將交流電變換為直流電。除此之外，整流電路還應具有抑制電流諧波和功率因數調整功能。

2. 逆變電路：逆變電路的功能是將直流電變換成交流電，即通過控制逆變電路的工作頻率和輸出時間比例，使逆變器的輸出電壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設備工作的要求來靈活地變化。

3. 控制電路：控制電路的功能是按要求產生和調節一系列的控制脈沖來控制逆變開關管的導通和關斷，從而配合逆變器主電路完成逆變功能。

4. 輔助電路：輔助電路的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作需要的直流電壓。對于交流電網輸入，可以采用工頻降壓、整流、線性穩壓等方式，當然也可以采用DC-DC變換器。

5. 保護電路：保護電路要實現的功能主要包括：輸入過壓、欠壓保護；輸出過壓、欠壓保護；過載保護；過流和短路保護；過熱保護等。

2 逆變電源系統功率因數及諧波干擾問題分析

對于逆變器的整流環節（AC-DC），傳統的方法仍采用不控整流將通用交流電網提供的交流電經整流變換為直流。雖然不控整流器電路簡單可靠，但它會從電網中吸取高峰值電流，使輸入端電流和交流電壓均發生畸變。也就是說，大量的電器設備自身的穩壓電源，其輸入前置級電路實際上是一個峰值檢波器，在高壓電容濾波器上的充電電壓，使得整流器的導通角縮短三倍，電流脈沖成了非正弦波的窄脈沖，因而在電網輸入端產生失真很大的諧波峰值干擾，如圖2所示。

(a) 電網輸入端電流和電壓的畸變 (b)峰值電流中的各次諧波分量頻譜