1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 校正整流电源 摘要 ：本文主要介绍了功率因数校正 ,DC-DC 转换器和 PFC 技术，了解功率因数校 PFC 技术的现状以及从原理上对技术指标的分析与处理。 关键词 ：功率因数校正； PFC 技术发展 1 引言 许多电力 电子装置、电磁和电子设备等非线性负载使电网产生谐波电压和电流，未采取功率因数校正 (PFC)技术的 AC-DC 整流电路的输入电流波形呈尖脉冲状。因此，交流网侧功率因数只有 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% )。 1为防止
2、电网的谐波污染 , 或限制电子设备向电网发射谐波电流 , 国际上已制定了许多电磁兼容标准 , 有 IEEE 519、 IEC 10003-2 等 。因此 , 提高功率因数 , 减少谐波的含量的 PFC 技术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 PFC 电路和三相 PFC 电路。本文对单相 PFC 电路的发展现状做了简单的综述 , 主要对中大功率场合和低压输入的 PFC 电路进行分析和比较 , 并展望了该应用领域 PFC 技术的发展方向。 2 2 校正技术 a.率 因数的定义 功率因数 (PF)是有功功率 P 与视在功率 s 的比值。 当电压、电流为正弦波，
3、负载为电阻、电容、电感等线性负载时，由于电压、电流之间存在着相位差，其有功功率为 P=UIcos ，相移功率因数 COS=P S。 当输入电压不是正弦波时，由非线性负载引起失真，基波因数 r 一基波电流有效值总电流有效值。 在非线性负载电路中，功率因数定义为 PF=rCOS 。 b.率因数校正 交流输入电源经整流和滤波后，非线性负载使得输入电流波形畸变，输入电流呈脉冲波形，含有大量的谐波分量，使得功率因数很低。由此带来的问题是 ：谐波电流污染电网，干2 扰其他用电设备；在输入功率一定的条件下，输入电流较大，必须增大输入断路器和电源线的量；三相四线制供电时中线中的电流较大，由于中线中无过流防护装
4、置，有可能过热甚至 着火。为此，没有功率因数校正电路的开关电源被逐渐限制应用。因此，开关电源必须减小谐波分量，提高功率因数。提高功率因数对于降低能源消耗，减小电源设备的体积和重量，缩小导线截面积，减弱电源设备对外辐射和传导干扰都具有重大意义。所以，设有功率因数校正电路使功率因数近于 1 的开关电源得到迅速的发展。 功率因数校正，就是将畸变电流校正为正 弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于 1。 c.因数校正的基本方法 开关电源中功率因数校正的基本方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种，应用最多、效果最好的是后者。 3 3 PFC 技术的现状 PFC 主 要有两种方法 : 无源
5、 PFC( PPFC)和有源 PFC (APFC ) 。 PPFC 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。该方法简单、经济 , 在小功率中可取得好的效果。 4但是 , 在较大功率的供电电源中 , 需要大电感器和电容器 , 这样体积和重量会较大也不太经济 , 且功 率因数的提高和谐波的抑制也不能达到理想的效果 。 5APFC 使用高频开关变换器来实现功率因数的校正 , 可迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化 。 APFC 具有体积小、重量轻、功率因数大 (可接近 1)等优点。 6 APFC 又分为双级和单级两种。单级 APFC 电路将 PFC 预调节电路与 DCDC 后调节
6、电路集成为一次能量处理 , 同时实现输入电流的整形和输出电压的调节 , 具有结构简单、成本低、变换效率较高等优点。但输入电流不能取得理想正弦波 , 且只适用于小功率场合。 7单级 APFC 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。如何降低储能电容电压是单级 APFC 电路的一个研究热点。双级 APFC中的 PFC 电路经过多年的研究。 8 相对来说较成熟 , 是较常用的方式。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 电路通常采用非隔离 Boost、 Buck /Boost 和隔离 F lybac
7、k 变换器。 9电流连续 CCM Boost 电路因电路拓扑较简单、输入电流纹波小、功率开关管直接接地等优点 , 成为最常用的 PFC 电路。随着开关频率的提高 , 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、抑制谐波分量和电磁干扰 ( EM I)3 问题 , 提高 PFC 性能指标的一个重要研究方向。 10 近年来 , 国内外对 PFC 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 EM I。由于 Boost 电路是升压电路 , 如
8、输入电压为 90 265 V, 输出基本固定为 380 400 V。 11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。12 参考文献 1 康光华 . 模拟电子技术 M.北京：清华大学出版社， 1997 2 王纪周 . 单级 PFC 的研究 D. 杭州 : 浙江大学 ,2005. 3 杨旭，王兆 . 开关电源技术 M.北京：机械工业出版社俐， 1999 4 周志敏，周纪海 .开关电源使
9、用技术设计与应用 M.北京：人民邮电出版社， 2003.8 5 杨帮文 .实用电源电路集锦 M.北京：电子工业出版社， 1998.1 6 王志强，郑俊杰 .开关电源设计与优化 M.北京 : 电子工业出版社 ,2006.12 7 陈道炼 . PFC技术及其应用 M. 北京 : 机械工业出版社 , 2005. 8 张占松，蔡宣三 . 开关电源的原理与设计 M. 北京 :电子工业出版社， 1998. 9 蒋龙浩，李岩 . 单相有源功率因数校正电路的设计与仿真 J. 电力自动化设备， 2007，27 (7):93-94， 115 10陈延明，杨兴龙，万忠东，等 . 基于单周控制的有源功率因数校正电路设
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