正弦波輸入電流的開關電源

1引言

開關電源以其效率高，功率密度高而在電源領域中占主導地位，但傳統的開關電源存在一個致命的弱點：功率因數低，一般為0.45～0.75，而且其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波幅度的95％，五次諧波幅度約為70％，七次諧波幅度約為45％，九次諧波幅度約為25％。高次諧波的危害很多文獻已有論述，不再贅述。針對高次諧波的危害，從1992年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統的開關電源形式在限制之列。國外在此以前即開始改善開關電源功率因數的工作，主要是功率因數校正電路和諸多的控制IC（如UC3842～UC3855A系列，KA7524，TDA4814等）。國內一些廠家也做了類似的工作，使開關電源的功率因數達0.95～0.99，近似于1。

2提高功率因數的方法

常規開關電源的功率因數低的根源是整流電路后的濾波電容使輸出電壓平滑，但卻使輸入電流變為尖脈沖，如圖1所示，而整流電路后面不加濾波電路，僅為電阻性負載時，輸入電流即為正弦波，并且與電源電壓同相位，功率因數為1。于是功率因數校正電路的基本思想是將整流器與濾波電容隔開，使整流電路由電容性負載變為電阻性負載。在功率因數校正電路中，其隔離型電路如圖2所示。基本原理已有很多文獻論述，不再贅述。但這種電路結構不能實現輸入與輸出的電隔離。為此作者經過實踐，提出單極正弦波輸入電流的與電網隔離型開關電源，及實踐中需注意的問題。

圖1常規開關電源輸入電壓與輸入電流波形

圖2基本隔離型PFC電路

圖3無輸入濾波電容的反激式變換器

圖4采用控制IC的PFC電路

3功率因數為1的開關電源的實現

文獻[3]指出，功率因數控制可采用五種控制方式，即：

——恒頻電流連續型；

——恒關斷時間、電流連續型；

——滯環控制、電流連續型；

——臨界電流連續型；

——恒頻、固定占空比、電流斷續型。

其中恒頻、固定占空比、電流斷續型適用于本文提出的方法。

將反激式變換器的輸入濾波電容去掉，電路如圖3所示，則輸入電壓u為：

u=Um|sinωt|（1）

式中：Um為輸入電壓峰值。

如果控制方式采用固定占空比方式，則：ip(t)=Um|sinωt|（2）

式中：ip為變壓器初級電流；

Lp為變壓器初級電感；