開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例之：概述

②開(kāi)關(guān)整流電路

對(duì)開(kāi)關(guān)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(dāng)線路的峰值電壓大于濾波電容兩端的電壓時(shí)，整流元件中才有電流流過(guò)，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(chǎn)生一系列奇次諧波(圖1-5)，致使功率因數(shù)降低，為0.6～0.7。所以，對(duì)開(kāi)關(guān)整流電路而言，不良功率因數(shù)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(duì)電網(wǎng)的危害

脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波，同時(shí)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(duì)電網(wǎng)的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

② 由諧波電流引起電路故障，損壞設(shè)備。如使線路和配電設(shè)備過(guò)熱，諧波電流還會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振，或者高次諧波電流流過(guò)電網(wǎng)的高壓電容，使之過(guò)流、過(guò)熱導(dǎo)致電容器損壞。

④諧波電流對(duì)自身及同一系統(tǒng)的其他電子設(shè)備產(chǎn)生惡劣的影響，如)引起電子設(shè)備的誤操作，如空調(diào)停止工作等；引起電話(huà)網(wǎng)噪聲；引起照明設(shè)備故障，如熒光燈閃滅；造成變電站的電容，扼流圈的過(guò)熱、燒損。

(6)開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)

開(kāi)關(guān)電源以其效率高、功率密度高而在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，開(kāi)關(guān)電源多數(shù)是通過(guò)整流器與電力網(wǎng)相接的，經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個(gè)非線性電路，在電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波和無(wú)功功率而污染電網(wǎng)，成為電力公害。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即功率因數(shù)較低，一般僅為0.45～0.75，而且其無(wú)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(kāi)關(guān)電源已成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一，針對(duì)高次諧波的危害，從”//)年起國(guó)際上開(kāi)始以立法的形式限制高次諧波，傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源在此限制之列。我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局在1993年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。國(guó)際電工委員會(huì)(InternationalElectrotechnicalCommissionIEC)于1998年對(duì)諧波標(biāo)準(zhǔn)IEC5552進(jìn)行了修正，另外還制定了IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，其A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電網(wǎng)諧波的要求見(jiàn)表1-3。傳統(tǒng)整流器因諧波遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)而面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

表1-3IEC61000-3-2A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電網(wǎng)諧波的要求

抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種：一是被動(dòng)法，即采用無(wú)源濾波或有源濾波電路來(lái)旁路或?yàn)V除諧波；二是主動(dòng)法，即設(shè)計(jì)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(shù)高等特點(diǎn)，即具有功率因數(shù)校正功能。國(guó)外改善開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)的研發(fā)工作的重點(diǎn)，主要是在功率因數(shù)校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率因數(shù)校正控制IC(如UC3842～UC3855A系列,KA7524,TDA4814)的開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域展開(kāi)研發(fā)工作。國(guó)內(nèi)一些廠家也做了類(lèi)似的工作，采用功率因數(shù)校正電路的開(kāi)關(guān)電源，其功率因數(shù)可達(dá)到0.95～0.99近似于1。近年來(lái)功率因數(shù)校正電路得到了很大的發(fā)展，為電力電子學(xué)研究的重要方向之一。

常規(guī)開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)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?yōu)榧饷}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(fù)載時(shí)，輸入電流即為正弦波，并且與電源電壓同相位，功率因數(shù)為1。