[发明专利]部分有源电源功率因数校正电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术，具体地说涉及一种部分有源电源功率因数 校正电路。

背景技术

在电网中，各种负载尤其是非线性负载对电网供电质量存在重大 影响。例如，许多用电器的电源需要将电网的交流电转换为直流电， 在整流过程中产生脉动电流包含有大量电流谐波分量。这些电流谐波 分量倒流入电网，会造成对电网的谐波“污染”，当电流流过线路阻抗 时造成谐波电压降，使正弦波电网电压发生畸变。此外，产生的谐波 还造成电网电流的功率因数下降，增加配电系统导线与变压器的损 耗；以及增大中线谐波电流，以致对电网上其它用电装置造成电磁干 扰。同时功率因数降低也影响整个电源系统的负载能力和可靠性。

目前，随着变频技术的发展，变频调速已经成为一种广泛应用的 技术手段。变频调速中需要对电源进行交-直-交的变换，上述过程会 产生的各种电流谐波，如果不采取措施，将降低电网功率因数，使电 网的实际供电能力降低；同时，还会产生电磁干扰，影响其它用电设 备。因此，目前对各种电器尤其是变频空调等设备进行功率因数校正 已成必然趋势。

目前，我国对家电产品强制执行″CCC认证″(CCC认证即″中国 强制认证″，其英文名称为″China Compulsory Certification″)标准，要 达到这一标准的要求，各种家用变频设备必须进行功率因数校正。

将产品化的电流谐波抑制和功率因数校装置应用于变频空调等家 用变频设备中，可以实现功率因数校正，并使各次谐波电流含量均满 足″CCC认证″的EMC(电磁兼容)标准。所述EMC标准包括EMI(电 磁干扰)标准及EMS(电磁耐受性)标准两部份。所谓电磁干扰，是指 机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪 声；所谓电磁耐受性，是指机器在执行功能的过程中不受周围电磁环 境影响的能力。

通过近年来的研究，已有多种用于提高变频空调功率因数和减小 电流谐波分量的装置，包括：

1、无源功率因数校正电路

无源PFC是通过电感、电容、二极管等元器件补偿交流输入的基 波电流与电压的相位差，强迫电流与电压相位一致，可以降低电源对 电网谐波干扰和电网对电源干扰。这种功率因数校正电路可以将功率 因数提高到0.7～0.8，电流谐波含量降到40％以下，在中小容量的电 子设备中被广泛采用。其主要优点是简单、成本低、可靠性高、维护 方便、EMI小，缺点是电路体积大而笨重，且功率因数不高，只能对 一部分谐波有滤波效果，且滤波效果易受元件或系统参数、以及电网 频率变化的影响；在某些条件下可能和系统发生谐振，引发事故；当 谐波源增大时，滤波器负担随之加重，以致可能因谐波过载不能运行 等，因此，其校正效果还不是十分理想。

2、有源功率因数校正电路

这种方式又可称为主动式功率因数校正方式。又分为全程有源功 率因数校正和部分有源功率因数校正。

图1示出现有技术一种全程有源功率因数校正电路，这种电路在 整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器，应用电流反馈技术， 通过PFC专用逻辑芯片控制，使输入端电流Ii波形在整个电周期内 跟踪交流输入正弦电压波形。这种有源功率因数校正电路可使Ii接近 正弦，从而使输入端总谐波畸变量(THD)小于5％，功率因数可提 高到0.99甚至更高。这种功率因数校正电路的问题是：内部的开关 管的开关频率非常高(一般在20K以上)，因此工作时会产生相当大 的电磁干扰，使系统的干扰电压和干扰功率超标，为了抑制PFC自 身所带来的干扰一般要采取多级滤波，势必增加变频控制系统的成 本。另外，由于其工作频率很高，需要非晶态磁性材料作磁芯的高频 电感与其配合，而这种电感价格很高，进一步增加了系统的成本，不 利于市场竞争。

为解决全程有源功率因数校正存在的问题，使用部分有源PFC也 是一种较好的选择。图2示出现有技术下一种部分有源PFC的电路 图。这种功率因数校正电路的特点是，在180度电角度对电源作一次 功率因数校正，而不是在整个电源周期不断进行功率因数的校正。因 此，内部开关管的工作频率降低了，使电磁干扰大幅降低，同时，功 率因数校正的效果也较好，功率因数可以达到95％以上。