正弦波输入电流的开关电源

1引言

开关电源以其效率高，功率密度高而在电源领域中占主导地位，但传统的开关电源存在一个致命的弱点：功率因数低，一般为0.45～0.75，而且其无功分量基本上为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基波幅度的95％，五次谐波幅度约为70％，七次谐波幅度约为45％，九次谐波幅度约为25％。高次谐波的危害很多文献已有论述，不再赘述。针对高次谐波的危害，从1992年起国际上开始以立法的形式限制高次谐波，传统的开关电源形式在限制之列。国外在此以前即开始改善开关电源功率因数的工作，主要是功率因数校正电路和诸多的控制IC（如UC3842～UC3855A系列，KA7524，TDA4814等）。国内一些厂家也做了类似的工作，使开关电源的功率因数达0.95～0.99，近似于1。

2提高功率因数的方法

常规开关电源的功率因数低的根源是整流电路后的滤波电容使输出电压平滑，但却使输入电流变为尖脉冲，如图1所示，而整流电路后面不加滤波电路，仅为电阻性负载时，输入电流即为正弦波，并且与电源电压同相位，功率因数为1。于是功率因数校正电路的基本思想是将整流器与滤波电容隔开，使整流电路由电容性负载变为电阻性负载。在功率因数校正电路中，其隔离型电路如图2所示。基本原理已有很多文献论述，不再赘述。但这种电路结构不能实现输入与输出的电隔离。为此作者经过实践，提出单极正弦波输入电流的与电网隔离型开关电源，及实践中需注意的问题。

图1常规开关电源输入电压与输入电流波形

图2基本隔离型PFC电路

图3无输入滤波电容的反激式变换器

图4采用控制IC的PFC电路

3功率因数为1的开关电源的实现

文献[3]指出，功率因数控制可采用五种控制方式，即：

——恒频电流连续型；

——恒关断时间、电流连续型；

——滞环控制、电流连续型；

——临界电流连续型；

——恒频、固定占空比、电流断续型。

其中恒频、固定占空比、电流断续型适用于本文提出的方法。

将反激式变换器的输入滤波电容去掉，电路如图3所示，则输入电压u为：

u=Um|sinωt|（1）

式中：Um为输入电压峰值。

如果控制方式采用固定占空比方式，则：ip(t)=Um|sinωt|（2）

式中：ip为变压器初级电流；

Lp为变压器初级电感；