单相有源功率因数校正技术的发展

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1、.单相有源功率因数校正技术的发展TheDevelopmentofSingle-Phone,ActivePower-Factor-correctionTechnique汪晶慧林维明邹剑华（福州大学电气工程与自动化学院，福州350002）摘要：本文对现有的功率因数校正技术进行了分析和总结。通过软开关技术以及新型高性能的电路拓扑设计，分析了提高AC-DC变换器的转换效率的技术。提出了无桥PFC电路是高性能功率因数校正电路研究的方向。Abstract:Areviewsofupdatepower-factor-correctiontechni

2、quesispresented.ThetechniqueswithwhichtoincreaseAC-DCconversionefficienciesarediscussedbysoft-switchingandnewhighperformancecircuittopologydesigns.1概述大部分用电设备中，其工作电压直接取自交流电网。所以电网中会有许多电力电子装置、电磁设备和电子设备等非线性负载，使电网产生谐波电压和电流。而许多没有采取功率因数校正技术的AC-DC整流电路，输入电流波形呈尖脉冲状。因此，交流网侧功率因数只有

3、0.5~0.7，电流的总谐波畸变（THD）很大，可超过100%（功率因数为0.999时，THD约为3%）。为了防止电网的谐波污染，或限制电子设备向电网发射谐波电流，国际上已经制定了许多电磁兼容标准，有IEEE519、IEC1000-3-2等[1]。因此，提高功率因数，减少谐波的含量也就是功率因数校正（PFC）成为开关电源领域中非常重要的研究方向。PFC根据相数的不同可以分为单相功率因数校正电路和三相功率因数校正电路。本文对单相功率因数校正电路的发展和现状作了简单的叙述，主要对中大功率场合和低压输入的功率因数校正电路进行分析和比较，并

4、且展望了PFC技术的发展方向。2功率因数校正的现状功率因数的校正主要有两种方法：无源功率因数校正和有源功率因数校正。无源功率因数校正利用线性电感器和电容器组成滤波器来提高功率因数、降低谐波分量。这种方法简单、经济，在小功率中可以取得好的效果。但是，在较大功率的供电电源中，大量的能量必须被这种滤波器储存和管理，因此需要大电感器和电容器，这样体积和重量就比较大也不太经济，而且功率因数的提高和谐波的抑制也不能达到理想的效果[2]。有源功率因数校正是使用所谓的有源电流控制功率因数的校正方法，可以迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化[3]。这种

5、功率因数校正有体积小、重量轻、功率因数可接近1等优点。本文主要针对有源功率因数校正进行论述。*福州大学科技发展基金项目（项目号：XY-3-2）....有源功率因数校正电路（APFC）又分为双级APFC和单级APFC。单级功率因数校正电路将PFC预调节电路与DC-DC后调节电路集成为一次能量处理，同时实现输入电流整形和输出电压快速调节，具有结构简单、成本低、变换效率较高等优点。但是输入电流不能取得理想正弦，且只适用于小功率场合[4]。单级功率因数校正电路还存在一个非常严重的问题，其储能电容电压不可控，会随着输入电压和负载的变化而变化。

6、如何降低储能电容电压是单级功率因数校正电路的一个研究热点。双级功率因数校正中的PFC电路经过多年的研究，相对来说比较成熟，是比较常用的方式。它由两个相互独立的变换器分别实现输入电流的整形和输出电压的快速调节，前级PFC功率因数校正电路通常采用（非隔离）boost、buck/boost和（隔离）Flyback变换器。电流连续（CCM）Boost电路由于电路拓扑的优势成为最常用的PFC电路。把诸如软开关技术等新技术应用于中大功率PFC电路中，是提高PFC转换效率、抑制谐波分量和EMI问题，提高PFC性能指标的一个发展方向。3软开关功率因

7、数校正电路图1boost电路近年来国内外对功率因数校正的研究在于如何改善中大功率boost电路的性能，主要集中在如何减少boost电路中的二极管的反向恢复损耗和MOSFET的开通损耗，从而提高转换效率和减少EMI（电磁干扰）。图2boost电路关键电流、电压波形图由于boost电路是升压电路，输出电压总是比输入电压大，如果输入电压是90－265V则输出为380－400V。在高频电力电子PFC电路中，功率二极管用快恢复二极管，而快恢复二极管的一个重要参数是反向恢复特性。换句话说，快恢复二极管在正偏时流过电流，反偏时则需要加载一段时间的

8、反偏电压才能恢复反向截止功能。在这段时间内，二极管流过反向恢复电流。图1是boost变换器电路图，图2是boost电路关键电压电流波形图。在图2中，VDS和is是开关管上的电压和电流，iD是二极管上的电流，IIN是流过电感上的电流，i