开关电源功率因数校正电路设计与应用实例之：概述（二）

(6) 开关电源的功率因数

开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主导地位，开关电源多数是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，成为电力公害。传统的开关电源存在一个致命的弱点，即功率因数较低，一般仅为0.45～0.75，而且其无功分量基本上为高次谐波，其中三次谐波的幅度约为基波幅度的95%，五次谐波的幅度约为基波幅度的70%，七次谐波的幅度约为基波幅度的45%，九次谐波的幅度约为基波幅度25%。

开关电源已成为电网最主要的谐波源之一，针对高次谐波的危害，从”//)年起国际上开始以立法的形式限制高次谐波，传统的开关电源在此限制之列。我国国家技术监督局在1993年颁布了国家标准GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission IEC)于1998年对谐波标准IEC5552进行了修正，另外还制定了IEC61000-3-2标准，其A类标准对电网谐波的要求见表1-3。传统整流器因谐波远远超标而面临前所未有的挑战。

抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波;二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。国外改善开关电源功率因数的研发工作的重点，主要是在功率因数校正电路的拓扑结构和功率因数校正控制IC(如UC3842～UC3855A系列,KA7524,TDA4814)的开发等领域展开研发工作。国内一些厂家也做了类似的工作，采用功率因数校正电路的开关电源，其功率因数可达到0.95～0.99近似于1。近年来功率因数校正电路得到了很大的发展，为电力电子学研究的重要方向之一。

常规开关电源的功率因数低的根源是整流电路后的滤波电容使输出电压平滑，但却使输入电流变为尖脉冲，如图1-6所示，而整流电路后面不加滤波电路，仅为电阻性负载时，输入电流即为正弦波，并且与电源电压同相位，功率因数为1。

于是功率因数校正电路的基本思想是将整流器与滤波电容隔开，使整流电路由电容性负载变为电阻性负载。在功率因数校正电路中，其隔离型电路如图1-7所示。但这种电路结构不能实现输入与输出的电隔离。

图1-6 常规开关电源输入电压与输入电流波形

图1-7 基本隔离型PFC电路

图1-8 电容输入的电路

新型低污染、高效率、低应力、低输出纹波开关电源主要包括EMI及浪涌吸收滤波电路，前级有源软开关功率因数校正电路，相移谐振软开关DC/DC变换电路及输出纹波抑制电路等。

一般开关电源的输入整流电路如图1-8所示，市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图1-9所示。这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：

式中

，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。

谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变，将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变(Total Harmonic Distortion，THD)其表达式为：

THD=