逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题的解决方案

由于对性能要求的不断提高，特别是当前“绿色”电源的呼声越来越高，现代逆变器系统对功率因数校正和电流谐波抑制提出的更高的要求。本文对功率因数校正在现代逆变电源中的应用作了简要介绍。分析比较了几种带有PFC功能的逆变器构成方案，分析结果表明带单级隔离型PFC电路的两级逆变器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。

1 现代逆变电源系统的组成和结构

随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。现代逆变系统就是一种通过整流和逆变组合电路，来实现逆变功能的电源系统。逆变系统除了整流电路和逆变电路外，还要有控制电路、保护电路和辅助电路等。现代逆变系统基本结构如图1所示。

图1 逆变系统基本结构框图

现代逆变系统各部分功能如下：

1. 整流电路：整流电路就是利用整流开关器件，如半导体二极管、晶闸管(可控硅)和自关断开关器件等，将交流电变换为直流电。除此之外，整流电路还应具有抑制电流谐波和功率因数调整功能。

2. 逆变电路：逆变电路的功能是将直流电变换成交流电，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变器的输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。

3. 控制电路：控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变器主电路完成逆变功能。

4. 辅助电路：辅助电路的功能是将逆变器的输入电压变换成适合控制电路工作需要的直流电压。对于交流电网输入，可以采用工频降压、整流、线性稳压等方式，当然也可以采用DC-DC变换器。

5. 保护电路：保护电路要实现的功能主要包括：输入过压、欠压保护;输出过压、欠压保护;过载保护;过流和短路保护;过热保护等。

2 逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题分析

对于逆变器的整流环节(AC-DC)，传统的方法仍采用不控整流将通用交流电网提供的交流电经整流变换为直流。虽然不控整流器电路简单可靠，但它会从电网中吸取高峰值电流，使输入端电流和交流电压均发生畸变。也就是说，大量的电器设备自身的稳压电源，其输入前置级电路实际上是一个峰值检波器，在高压电容滤波器上的充电电压，使得整流器的导通角缩短三倍，电流脉冲成了非正弦波的窄脉冲，因而在电网输入端产生失真很大的谐波峰值干扰，如图2所示。

(a) 电网输入端电流和电压的畸变 (b)峰值电流中的各次谐波分量频谱

图2 传统整流电路输入端电网电压和电流失真与谐波干扰分量图