有源功率因数校正技术在高频开关电源中的应用研究（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）机电工程技术2021年第39卷第02期收稿日期：2021－09－29，总谐波畸变THD过大，会对母线电网造成了严重的不利影响。，；总谐波畸变文献标识码：A文章编号：1009－9492(202102－0088－03有源功率因数校正技术在高频开关电源中的应用研究向琼（广东电网公司佛山供电局，广东佛山528000）1引言开关稳压式电源的效率可以高达70％以上，所以它取代了上一代晶体管线性稳压电源成为当今最为广泛使用的电源。在开关电源中，电网的交流电经过初次晶体管电路整流后，接着并联一个较大的电容（如图1所示），从而得到波形较为平整的直流电压，再进行下一步的输出处理，得到用户满意的电压。然而这样大量使用储能元件和非线性元件的恶果就是使得电网输入的交流电流产生严重畸变，从而带给电网大量的谐波电流，使输入功率因数降低。大量的电流谐波分量流入电网后将在电网内形成谐波“污染”。一方面产生“二次效应”（即电流流过线路阻抗造成谐波电流电压降，反过来使得原本正弦波的输入电压也发生畸变；另一方面，会造成电路故障，引起变电设备的损坏。另外，由于谐波电流的存在，使AC－DC电路的输入功率因数降低，电网的输入伏安数大，而负载上得到的有效功率却小。随着开关电源设备的广泛使用，为了保证电网的供电质量，为了提高功率因数及节能，制定了一系列的国际标准（如IEC－555－2和EN60555－2等）［1］，限制各次谐波不得大于某个极限值。2提高功率因数的方法2．1无源滤波器这种方法是在图1所示电路的整流电路和大电容之间串联一个滤波电感，或者在交流侧接入谐振滤波器。其优点是简单，低成本，EMI小，易于实现；缺点是体积重量大，得不到高功率因数（只能达到90％左右），工作性能与频率、负载及输入电压有关，电感与电容将形成大的充放电电流等。2．2有源功率因数校正器（有源滤波器）在整流与负载之间接入DC－DC开关变换器，应用电流反馈，使得输入电流跟随正弦输入电压波形，达到正弦化的效果，从而使输入的总谐波电流分量（TotalHamonicDistortion，用THD表示）限制在5％以内，功率因数可达99％以上。因为在这种方案里面使用了有源元件，所以称为有源功率因数校正（ActivePowerFactionCorrection，简称APFC）［2］。它的优点是：较高的功率因数（97％～99％），THD小，输入电压范围大（90～270VAC），工作的开关频带宽，体积小，重量轻，恒定的输出电压；缺点是：电路复杂，成本高，EMI高。如今，APFC技术在开关电源中得到了广泛的使用。3功率因数和总谐波畸变（THD）因为开关电源的输入电流为严重的非正弦，所以在开关电源中功率因数的定义和计算与电工原理里面线性电路的功率因数计算有很大的差异。当输入电压Vi（有效值V）是正弦，输入电流为非正弦时，输入电流的有效值为：图1AC／DC整流电路应机电工程技术2021年第39卷第02期I＝12n姨（1）上式中：Ii（i＝1，2，3…n）为输入电流各次谐波的有效值。假设基波电流I1落后于输入电压Vi的相位差为α，则此时的有功功率为P＝VI1cosα，功率因数就可以写为：PF＝VI1cosα／VI＝I1cosα／I（2）cosα称为位移因数，定义总谐波畸变（THD）为：THD＝23n1姨（3）由此可得：PF＝I1cosα／I＝1姨cosα（4）PF与THD的计算结果如表1所示。由表1可见，当THD≤5％时，PF值可控制在0．999以上。4有源功率因数校正电路结构APFC从电路拓扑结构上来说可以分为单级式和两级式（如图2所示）［3］。两级式电路由前级PFC电路（一般是Boost升压型）和DC／DC变换器构成，前级实现功率因数校正，后级实现输出电压调节和隔离，其优点是两级电路可以单独分析、设计和控制，也是至今在较大功率场合使用的最多的APFC电路模式；而单级式APFC电路集功率因数校正、输出电压隔离和稳压于一体，结构简单，效率高，但是控制相对复杂，适用于功率小（一般不超过200W）的场合。5APFC的控制策略根据电感电流是否连续，PFC分为不连续导通模式（DCM）和连续导通模式（CCM）。DCM的控制可以采用恒频、变频、等面积等多种方式。CCM模式根据是否直接选取瞬态电感电流作为反馈和被控制量，分为直接电流控制和间接电流控制。DCM控制又称电压跟踪方法，它是PFC中简单而实用的一种控制方式，应用较为广泛。DCM控制模式的特点如下：（1）输入电流自动跟踪电压且保持较小的电流畸变率；（2