设备环境考试功率因数校正电路

3.2.3 功率因数校正电路

1.无功率因数校正电路的开关电源存在的主要问题

开关整流器内部一般采用两级变换形式：首先通过整流、滤波电路将交流输入变为直流， 再通过DC/DC环节变为相应的直流电。由于前级的整流、滤波电路是一种线性元件和储能 元件的组合，因此，从电网侧看来，开关整流器相当于一个容性负载，它使得电网供电发生 严重畸变，不再是单一基波频率的正弦波，从而，造成谐波污染，导致噪声、误动作、振动、 过热甚至烧毁等事故的发生，同时增加了配电系统和变压器的损耗、增大了中线电流（谐波）， 还能够严重干扰各种无线电通信的正常工作。

在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加到滤波电容器两端。 只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此输入电流波形为宽 度很窄的脉冲，如图3-1所示，这种电流的谐波分量很大。因为只有基波电流与输入电压同 相位，基波电流有效值/与电网电流有效值&之比较小，所以功率因数才会较低。

（1）谐波电流污染电网，干扰其他用电设备，造成测量仪表产生较大的误差，还会使电 动机产生较大的噪声。

（2）在输出功率一定的条件下，输入电流有效值较大，因此必须增大输入熔断器、断路 器和电源线的规格。

（3）特别应当指出，通信用开关型电源通常都采用三相五线制供电，三相基波电流分别 由下列各式表示：

由此可知，三相电流的三次谐波分量是同相位的，同理，三相电流的六次、九次等谐波 分量也是同相位的。由于三相电流都流过中线，当功率因数为1时，流过中线的电流为零； 当功率因数很低时，中线内的电流很大。由于中线无过流保护装置，所以，中线有可能因过 热而着火。

因此没有功率因数和谐波校正电路的开关型电源将逐渐被限制应用，设计制造功率因数 接近1的开关电源己成为开关型电源发展的必然趋势。

2.有源功率因数校正电路基本原理

在开关型电源中，功率因数校正的基本方法有两种：无源功率因数校正和有源功率因数 校正（Active Power Factor Corrector, APFC）。采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输 入端加入电感量很大的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简 单，但是校正效果不很理想。此外，采用无源功率因素校正法时，功率因数校正电感的体积 很大，增加了开关电源的体积。

有源功率因数校正器是近一二十年来发展的一项新技术，它在整流电路和负载之间接入 了一个DC/DC闭环开关变换器，其主要优点是可得到较高的功率因数。有源功率因数校正 电路主要由桥式整流器、高频电感i、功率开关管VT、二极管VD、滤波电容C和控制器等 部分组成，它的原理框图如图3-12所示。控制器主要由基准电源、低通滤波器、误差电压放 大器、乘法器、电流检测与变换电路、电流放大器、锯齿波发生器、比较器和功率开关管驱 动电路等部分组成。功率因数校正电路的输出电压经低通滤波器滤波后，加入误差放大器， 与直流基准电压比较，二者之差经放大后，送入乘法器。为了使功率因数校正电路的输入电 流为正弦波并且与电网电压同相位，市电电压经全波整流后，也加到乘法器。乘法器将输入 电压信号与输出电压误差信号相乘后形成基准电流信号，送入电流放大器。

电流取样电阻尽两端电压正比于功率因数校正电路的输入电流。札两端电压（输入电 流）反馈信号加到电流放大器，与乘法器输出的基准电流信号相减，形成的误差信号经电 流放大器放大后，与锯齿波发生器产生的锯齿波电压都加入比较器C,经比较后，形成PWM 信号。该信号经驱动电路放大后，控制功率开关管VT导通或关断，使输入电流跟踪基准电

图3-12有源功率因数校正电路的原理推图

流信号变化。VT导通后，高频电感L中的电流化（也即功率因数校正电路输入电流）线性上 升。当的波形与整流后的市电电压波形相交时，通过控制器使VT关断。此时，电感两端 的自感电势使二极管VD导通，电感L通过VD对电容放电，电感中的电流化线性下降。当圪 下降到零后，控制电路使VT再次导通，上述过程重复。在该电路中，由于基准电流信号同 时受输入交流电压和输出直流电压控制，因此当实际电流与基准电流一致时，该电路既可实 现输出电压恒定，又能保证输入电流为正弦波并且与输入电网电压同相位，从而使功率因数 接近于1。

有源功率因数校正电路输入电压和电流波形如图3-13所示。可以看出，输入电流平均值 /ave的波形始终跟随输入电压的波形，因此功率因 数接近于1。

对于三相有源功率因数校正电路有单相综合 式和三相一体化等形式。单相综合式有源功率因 数校正就是整流器输入为三个单相输入组成的三相，其有源校正可用三个单相有源校正电路组合。单相综合校正的缺点是兀件较多，可靠性较差，现在己逐渐不予采用。三相一体化有源功率因数校正就是整流器输入为三相带零线或不带零 线，其有源校正可用三相一体化的校正电路。

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