开关电源功率因数校正电路设计与应用实例之：概述 （一）

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为基波电压与基波电流之间的相移因数。

在式(1-1)中，有功功率是一个周期内电流和电压瞬时值乘积的平均值，而视在功率是电流的RMS值与电压的RMS值的乘积。如果电流和电压是正弦波而且同相，则功率因数是1.0。如果两者是正弦波但是不同相，则功率因数是相位角的余弦。在电工基础课程中，功率因数往往就是如此定义，但是它仅适用于特定情况，即电流和电压都是纯正弦波。这种情况发生在负载由电阻、电容和电感元件组成，而且均为线性(不随电流和电压变化)的条件下。

所以功率因数可以定义为输入电流失真系数()与相移因数()的乘积。可见，功率因数由输入电流畸变因数和基波电压、基波电流和位移因数决定。

尽管电流波形有严重失真，电流和电压仍可以完全同相。应用”相位角余弦”的定义会得出电源的功率因数为1.0的错误结论。

低，则设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大;

低，表示设备输入电流谐波分量大，将造成电流波形畸变，对电网造成污染，使功率因数降低，严重时，会造成电子设备损坏。通常的无源电容滤波二极管整流电路的输入端功率因数只能达到0.65左右。

从式(1:1)可见，抑制谐波分量即可达到减小，提高功率因数的目的。因此可以定性的说谐波的抑制电路即功率因数校正电路(实际上有所区别)。

因为输入电路的原因，开关模式电源对于电网电源表现为非线性阻抗。输入电路通常由半波或全波整流器及其后面的储能电容器组成，该电容器能够将电压维持在接近于输入正弦波峰值电压值处，直至下一个峰值到来时对电容再进行充电。在这种情况下，只在输入波形的各峰值处从输入端吸收电流，而且电流脉冲必须包含足够的能量，以便在下一个峰值到来之前能维持负载电压。这一过程通过在短时间内将大量电荷注入电容，然后由电容器缓慢地向负载放电来实现，之后再重复这一周期。电流脉冲为周期的10%-20%是十分常见的，这意味着脉冲电流应为平均电流的5-10倍。

前级从220V交流电网整流提供直流是在电力电子技术及电子设备中应用极为广泛的一种基本变流方案。但整流器;电容滤波电路是一种非线性器件和储能元件的组合，因此虽然输入交流电压是正弦波，但输入电流波形却严重畸变，呈脉冲状，含有大量的谐波，使输入电路的功率因数达不到0.7。

由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。全桥整流器电压和电流波形如图1-1所示。

图1-1 全桥整流器电压和电流波形

因此，必须采取适当的措施来减小输入电流波形的畸变，提高输入功率因数，以减小电网污染。如信息产业部在通信电源的入网检测中就要求1500W 以上的电源设备，其功率因数必须高于0.92;以下的电源设备，其功率因数必须高于0.85。

目前，主要用来提高功率因数的方法有)电感无源滤波，这种方法对抑制高次谐波有效，但体积大，重量大，在产品设计中其应用将越来越少;逆变器有源滤波，对各次谐波响应快，但设备造价昂贵;三相高功率因数整流器，效率高、性能好，近年来其控制策略和拓扑结构处于不断发展中。单相有源功率因数校正(APFC),通常采用Boot电路，CCM工作模式，因其良好的校正效果，目前在产品设计中得到越来越广泛的应用。

(1) 谐波

图1-2电流波形中的谐波成分

图1-2显示了电流波形中的谐波成分，基波(在本例中为60Hz)以100%的参考幅度显示，而高次谐波的幅度则显示为基波幅度的百分比。注意到几乎没有偶次谐