開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例之：概述 （一）

從前面的描述可以清楚地看到，高功率因數(shù)和低諧波是一致的。但是，它們之間沒(méi)有直接的關(guān)系，總諧波失真和功率因數(shù)的關(guān)系體現(xiàn)在下列等式：

PF=Kd×K(1-2)Kd =

式中，Kd為失真系數(shù);K為輸入電流的基波分量和輸入電壓的相角系數(shù)。

因此，當(dāng)輸入電流的基波分量和輸入電壓同相時(shí)，K=1且PF=Kd×K= Kd

即使是完美的正弦電流，只要它的相位和電壓不一致，也會(huì)得出欠佳的功率因數(shù)。對(duì)純正弦波電壓和電流而言，由于它的總諧波成分為零，所以波形失真系數(shù)為1，并且正弦波電壓和電流之間相位差

為0，從而電源輸入側(cè)的功率因數(shù)就為1，如果正弦波電壓和電流之間相位差不為0，則電路的功率因數(shù)是它們相位差的余弦值。

當(dāng)=0，時(shí)(為計(jì)算方便)，功率因數(shù)與THD間存在如表1-1所示的關(guān)系?？梢?jiàn)，當(dāng)THD≤5%時(shí)，功率因數(shù)可控制在0.999左右。由此得出，10%的THD 對(duì)應(yīng)大約于0.995的功率因數(shù)。顯然，無(wú)論是從電流的最小化還是減小對(duì)其他設(shè)備的干擾角度來(lái)看，對(duì)每個(gè)諧波設(shè)定限制可以更好地完成控制輸入電流“污染”的目標(biāo)。雖然這個(gè)對(duì)輸入電流進(jìn)行整形的過(guò)程通常被稱作功率因數(shù)校正，但在國(guó)際規(guī)范中，通常以諧波含量來(lái)衡量整形是否成功。

因此，如何消除和抑制諧波對(duì)公共電網(wǎng)的污染，提高功率因數(shù)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外電源界研究的重要課題。PFC，技術(shù)應(yīng)用到新型開(kāi)關(guān)電源中，已成為新一代開(kāi)關(guān)電源的主要標(biāo)志之一。

(4)不良功率因數(shù)的成因

由PF=

可知，PF值由以下兩個(gè)因素決定：一是輸入基波電壓與輸入基波電流的相位差，二是輸入電流的波形畸變因數(shù)。

① 相控整流電路

對(duì)于常見(jiàn)相控整流電路，其基波電壓和基波電流的位移因數(shù)如表1-2所示。

功率因數(shù)低的主要原因是基波電壓和基波電流位移因數(shù)，即受可控硅控制角的影響，使電流滯后于電壓，即≤1。改善功率因數(shù)的措施，一般是在負(fù)載端并聯(lián)一個(gè)性質(zhì)相反的電抗元件。若電網(wǎng)呈感性，通常采用電容補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

②開(kāi)關(guān)整流電路

對(duì)開(kāi)關(guān)整流電路而言，AD/DC前端通常由橋式整流器和大容量濾波器組成如圖1-3所示。在這種電路中，只有當(dāng)線路的峰值電壓大于濾波電容兩端的電壓時(shí)，整流元件中才有電流流過(guò)，如圖1-4所示。輸入電流i呈尖脈沖形式(u為輸入電壓)，且產(chǎn)生一系列奇次諧波(圖1-5)，致使功率因數(shù)降低，為0.6～0.7。所以，對(duì)開(kāi)關(guān)整流電路而言，不良功率因數(shù)主要源于電流波形的畸變。