一種新型軟開關PFC電路的分析與仿真

0 引言

電源發(fā)展到今天，經歷了相控電源，線形電源，和開關電源的發(fā)展歷程，并且現在更朝著小型化綠色化的方向發(fā)展。相控電源體積大，重量重，有龐大的工頻變壓器和電抗器及電容，變壓器電抗器鐵損及銅損較大，有溫升散熱通風問題，其中和效率只在60%～80%左右，功率因數低，約為0.6～0.7，穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度差，小于2%，紋波系數大，小于2%，無備份或1+1備份，故障或檢修時必需停機處理，并且有些元件是無法更換的，由分立元件組成，難以控制，自動化程度低，在輸入電源波動較大或嚴重不平衡時，無法輸出穩(wěn)定的直流電，龐大的工頻變壓器及電抗器發(fā)出的噪音較大，約有60dB。由于相控電源的這么多的缺點，就迫切需要一種新型的電源來代替它，隨著半導體器件的發(fā)展，也給開關電源的出現提供了契機。開關電源體積小，重量輕，綜合效率高，大于96%，功率因數高，大于0.92，穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度高，小于0.5%，紋波系數小，小于0.1%，模塊積木式組合結構，實行N+1配套，可以在運行中帶電更換模塊，維護方便，可靠性高，自動化程度高，具有智能設備的性能，有微機控制、遠端接口，組成智能化電源系統，便于集中監(jiān)控，實現無人值守，一般相控難于做到的，開關電源均能做到，對交流輸入電源要求范圍寬，在輸入電源波動較大或嚴重不平衡時，仍能輸出穩(wěn)定的直流電，電源的噪音主要是風機發(fā)出的噪音，噪音小于50dB。線形電源也由于其體積大，效率低少出電源，只在對效率要求不高的情況下運用于小功率電源中。

由于在相控整流電路中由于其基波電壓和基波電流存在位移因數，在開關整流電路中只有當線路的峰值電壓大于濾波電容兩端的電壓時，整流元件中才有電流流過，因此造成了功率因數低，形成了諧波電流。諧波電流對電網又存在以下幾方面的危害，影響了綠色化的實現。

①諧波電流的“二次效應”，即電流流過線路阻抗而造成的諧波壓將反過來使電網電壓波形也發(fā)生畸變。

②諧波電流引起電路故障，損壞設備。如使線路和配電設備過熱，諧波電流還會引起電網LC諧振，或者高次諧波電流流過電網的高壓電容，使之過流、過熱而導致電容器損壞。

③三相四線制電路中，三次諧波在中線中的電流同相位，合成中線電流很大，可能超過相電流，中線又無保護裝置，使中性線因過流而導致中型線過熱而引起火災并損壞電氣設備。

④諧波電流對自身及同一系統中的其它電子設備產生惡劣的影響，如引起電子設備誤操作，引起電話網噪音，引起照明設備故障等。

隨著功率因數技術的發(fā)展，越來越多的功率因數校正技術及其拓撲被提了出來，現有的有單級功率因數校正，兩級功率因數校正。按相數分可分為單相的和三相的。不同的拓撲或多或少的存在這樣或者那樣的問題。隨著提出了綠色化的同時，人們也越來越多的追求高效率，高功率密度，低EMI，小型化的電源，因此，本文所要提出的新型軟開關功率因數電路就應運而生。

1 主電路拓撲