淺析單相橋式整流電路的功率因數(shù)校正

王國亮

摘? 要：開關(guān)電源自誕生以來，以巨大的優(yōu)勢廣泛的應(yīng)用在人們的工作和生活中。但由于開關(guān)電源的非線性和低功率因數(shù)，給電網(wǎng)注入大量的諧波電流，導(dǎo)致輸入電流的波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，以至于電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重。首先，本文從理論上研究分析了整流電路和功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理，以單相橋式不可控整流電路為例，對其進(jìn)行整流和功率因數(shù)校正。通過簡單的無源功率因數(shù)校正和采用平均電流控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Boost型的有源功率因數(shù)校正技術(shù)，進(jìn)行功率因數(shù)校正，從而達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。其次，通過MATLAB/Simulink仿真平臺，分析了在加入和未加入功率因數(shù)校正電路時，交流側(cè)電流中的諧波含量，將前后的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，結(jié)果表明，無源的功率因數(shù)校正雖然提高了功率因數(shù)，但THD（Total Harmonic Distortion，諧波失真度）仍然很高，而有源功率因數(shù)校正不但提高了功率因數(shù)而且諧波失真度很低，取得很好的效果，驗(yàn)證了本文理論分析的正確性。最后，利用MATLAB軟件中的powergui模塊，實(shí)現(xiàn)了諧波含量數(shù)據(jù)的可視化。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;橋式整流電路;功率因數(shù)校正;仿真分析

1 PFC技術(shù)原理及其控制方法

1.1 PPFC技術(shù)主電路的工作原理

傳統(tǒng)的PFC電路由整流橋后的濾波電感和整流橋后的濾波電容構(gòu)成的一個無源功率因數(shù)校正電路，無源功率因數(shù)校正電路通過LC濾波消除電流的高次諧波，從而達(dá)到提高開關(guān)電源功率因數(shù)的目的。

1.2APFC的主電路原理圖

平均電流控制的原理圖如圖1.1所示。

如圖1.1所示為單相橋式不可控APFC電路是在單相橋式不可控整流和負(fù)載之間增加一個DC/DC功率變換電路，采用的是Boost電路。通過適當(dāng)?shù)目刂艬oost電路中開關(guān)管的通斷，將整流器的輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，消除諧波和無功電流，將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1。

2 系統(tǒng)的仿真

2.1 無PFC功能的整流電路仿真結(jié)果與分析

（1） MATLAB仿真得到的輸入電流及輸出電壓波形如圖2.1所示。

（2） 輸入電流波形的諧波分析如圖2.2所示。

由圖2.1可以看出不加入功率因數(shù)校正電路時，輸入電流產(chǎn)生的嚴(yán)重的畸變，輸入電流波形幾乎為尖峰波，電流相位與電壓相差很大，由圖2.2的諧波分析可以看到，電流波形的諧波含量很大，而且其失真度很大高達(dá)103%，經(jīng)過計(jì)算得到功率因數(shù)為0.48，功率因數(shù)很低。

2.2 加入功率因數(shù)校正時的仿真結(jié)果與分析

2.2.1 仿真結(jié)果

（1） 無源功率因數(shù)校正時電路輸入電流波形如圖2.3所示。

（2） 無源功率因數(shù)校正時電路的輸入電流的諧波分析如圖2.4所示。

由圖2.3可以看出加入無源功率因數(shù)校正電路時，輸入電流產(chǎn)生的畸變得到了一定的改善，但輸入電流波形仍然不接近正弦波，經(jīng)過功率因數(shù)的計(jì)算得到其功率因數(shù)為0.76，功率因數(shù)較未加入時提高了，但是由圖2.4的諧波分析看到，雖然功率因數(shù)提高了，但諧波含量仍然很高，且諧波失真度為55.24%，從前面的計(jì)算看出功率因數(shù)雖然提高了，但是其輸出是一種脈沖波，其對開關(guān)電源的損害很大。

（3） 有源功率因數(shù)校正時電路輸入電流波形如圖2.5所示。

（4） 有源功率因數(shù)校正時電路輸入電流波形的諧波分析如圖2.6所示。

由圖2.5可以看出加入了有源功率因數(shù)校正時，輸入電流與輸入電壓同相位，且輸入電流接近于正弦波，諧波含量明顯減小。由圖2.6可以知道加入功率因數(shù)校正時的， 經(jīng)過計(jì)算功率因數(shù)達(dá)到0.993，接近于1。

結(jié)論

（1） 通過對開關(guān)電源、功率因數(shù)校正和諧波知識等知識的學(xué)習(xí)研究，確定了有源功率因數(shù)校正是提高功率因數(shù)和減小諧波污染的有效途徑。

（2） 經(jīng)過仿真調(diào)試得到了較好的仿真波形，加入有源功率因數(shù)校正之后電流波形基本變?yōu)檎也?，能隨電壓波形變換，諧波成分含量很小，功率因數(shù)得到了提高，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的電路的正確性。

【參考文獻(xiàn)】

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