開關電源功率因數校正電路設計與應用實例之：概述

②開關整流電路

對開關整流電路而言，AD/DC前端通常由橋式整流器和大容量濾波器組成如圖1-3所示。在這種電路中，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，如圖1-4所示。輸入電流i呈尖脈沖形式(u為輸入電壓)，且產生一系列奇次諧波(圖1-5)，致使功率因數降低，為0.6～0.7。所以，對開關整流電路而言，不良功率因數主要源于電流波形的畸變。

圖1-3AD/DC前端電路圖

圖1-4輸入電壓與整流二極管波形圖

圖1-4輸出諧波分量圖

（5）諧波電流對電網的危害

脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波，同時在AC/DA整流輸入端需加濾波電路，增加了體積和成本。諧波電流對電網的危害主要表現在以下幾個方面。

② 由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、過熱導致電容器損壞。

④諧波電流對自身及同一系統的其他電子設備產生惡劣的影響，如)引起電子設備的誤操作，如空調停止工作等；引起電話網噪聲；引起照明設備故障，如熒光燈閃滅；造成變電站的電容，扼流圈的過熱、燒損。

(6)開關電源的功率因數

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，開關電源多數是通過整流器與電力網相接的，經典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，成為電力公害。傳統的開關電源存在一個致命的弱點，即功率因數較低，一般僅為0.45～0.75，而且其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波的幅度約為基波幅度的95%，五次諧波的幅度約為基波幅度的70%，七次諧波的幅度約為基波幅度的45%，九次諧波的幅度約為基波幅度25%。

開關電源已成為電網最主要的諧波源之一，針對高次諧波的危害，從”//)年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統的開關電源在此限制之列。我國國家技術監督局在1993年頒布了國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》。國際電工委員會(InternationalElectrotechnicalCommissionIEC)于1998年對諧波標準IEC5552進行了修正，另外還制定了IEC61000-3-2標準，其A類標準對電網諧波的要求見表1-3。傳統整流器因諧波遠遠超標而面臨前所未有的挑戰。

表1-3IEC61000-3-2A類標準對電網諧波的要求

抑制開關電源產生諧波的方法主要有兩種：一是被動法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或濾除諧波；二是主動法，即設計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低、功率因數高等特點，即具有功率因數校正功能。國外改善開關電源功率因數的研發工作的重點，主要是在功率因數校正電路的拓撲結構和功率因數校正控制IC(如UC3842～UC3855A系列,KA7524,TDA4814)的開發等領域展開研發工作。國內一些廠家也做了類似的工作，采用功率因數校正電路的開關電源，其功率因數可達到0.95～0.99近似于1。近年來功率因數校正電路得到了很大的發展，為電力電子學研究的重要方向之一。

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1-6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。