两种高功率因数开关电源设计方案的比较

摘要：针对传统开关电源因输入电路采用不可控二极管或相控晶闸管整流而存在输入电流谐波含量大、功率因数低的问题，提出了两种高功率因数开关电源的设计方案，分析了采用APFC技术和PWM 整流技术来提高开关电源功率因数的原理，并采用Matlab7.6仿真软件对单相全桥电压型PWM 整流电路和APFC电路进行了仿真。仿真结果表明，基于PWM 整流技术的开关电源能更好地实现高功率因数，减少谐波电流。

0 引言

传统的开关电源整流电路普遍采用不可控二极管或相控晶闸管整流方式，直流侧采用大电容滤波，输入电流谐波含量大，功率因数低，造成了严重的电网污染和能源浪费。目前，解决谐波问题、提高功率因数的主要方法：(1)对产生谐波的电力电子装置的拓扑结构和控制策略进行改进，使其产生较少的谐波甚至不产生谐波，使得输入电流和输入电压同相，达到提高功率因数的目的，如PWM整流技术;(2)在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，如有源功率因数校正(APFC)技术。近些年来APFC技术和PWM 技术在中、小功率乃至大功率开关电源中得到了普遍应用。本文以高功率因数开关电源作为研究对象，分析采用APFC技术和PWM 整流技术来提高功率因数的原理，并采用Matlab7.6软件对单相电压型PWM 整流电路和APFC电路进行了仿真及分析比较。

1 高功率因数开关电源的设计方案

1.1 采用PWM 整流技术的开关电源

采用PWM 整流技术的高功率因数开关电源的结构如图1所示，本文只探讨其中的PWM 整流电路部分。

图1 采用PWM 整流技术的高功率因数开关电源结构

该种高功率因数开关电源设计方案采用PWM整流技术和DSP技术，能数字化地实现整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制，比较适合应用于中等功率开关电源设计中。

1.2 采用APFC技术的开关电源

采用APFC技术的高功率因数开关电源，其前级APFC电路采用实际生产中应用最广泛的Boost拓扑结构，负责使交流输入电流正弦化并使其与输入电压同相位，同时保持输出电压稳定;后级DC/DC变换电路采用能实现多路输出的反激式拓扑结构，主要负责调整输出电压，通过DC/DC变换得到所需要的直流电压，其结构如图2所示。

图2 采用两级型APFC的高功率因素开关电源结构

2 单相PWM 整流电路的基本原理

本节采用图1所示的方案，其前级如图3所示，即单相全桥电压型PWM 整流电路，电路采用有4个全控型功率开关管的H 桥型拓扑结构。图3中网侧电感为升压电感，起平衡电路电压、支撑无功功率、储存能量和滤除谐波电流的作用;Rs为滤波电感的寄生电阻;主电路中功率开关均反并联一个续流二极管，用来缓冲PWM 过程中的无功电能。

单相全桥电压型PWM 整流电路的SPWM 调制方法分为单极性调制和双极性调制两种，本文采用单极性调制。、