功率因数校正原理及相关IC

近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。

2高次谐波及功率因数校正

一般开关电源的输入整流电路为图1所示：

市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：I=(1)

式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。

谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion)：THD=(2)

用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如：

——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等；

——引起电话网噪音；

——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭；

——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。

功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。

设电容输入型电路的输入电压e为：

e(t)=Em·sinω0t(3)

图1电容输入型电路

图2电容输入型电路的输入电流,5A/DIV

图3输入电压波形发生畸变

入电流i为：i(t)=Imk·sin(kω0t)(4)

则有效功率Pac为：

Pac=e(t)·i(t)dt=Em·Im1/2=E·I1而视在功率Pap为：

Pap=E·I因此：

PF=Pac/Pap=I1/I=(5)

电流波形为图2的电源功率因数只有62.4％。由式(2)、(5)可见功率因数与总谐波畸变THD的关系为:PF=1/(6)

从式(2)、式(5)可见，抑制谐波分量即可达到减小THD，提高功率因数的目的。因此可以说谐波的抑制电路即功率因数校正电路(实际上有所区别)。

3功率因数校正的实现方法

综上所述，只要设法抑制输入电流中的谐波分量，通过电路方法，将输入电流波形校正为或使无限接近正弦波,即可实现功率因数校正。

有很多的电路方式可以实现这一目的，比如说在电路中加入一个大电感（见图4），使整流管的导通角变大。这种方法虽然简单，价格低，但存在体积大，重量大，且效果不好(PF小于80％)等缺点。

下面以东芝公司的功率因数校正控制ICTA8310F为例，介绍一种有源功率因数校正方法。电路原理图见图5。

3．1主电路

由一个全桥整流器和升压型BOOST变换器构成，虽然其它的变换器BUCK,FLYBACK等也可以实现这一功能，但是由于BOOST变换器具有输出电容小断电保持时间长，可实现WorldWild电压输入，及输入电流连续EMI小等诸多优点，大部分功率因数校正都采用它来作为主电路。

Vout=Vin/（1－D）（7）

式中：Vin为输入电压的有效值；

D为开关管FET的占空比。

主电路参数为：输入178～264Va.c.；

输出380Vd.c.；

最大输出功率608W。