【正文】 有源功率因數(shù)校正技術(shù)從結(jié)構(gòu)上分為兩級(jí)PFC和單級(jí)PFC。 間接電流控制原理圖及電路處于功率因數(shù)為1的整流狀態(tài)時(shí)的相量比較和分析CCM和DCM兩種工作模式可以看出：CCM的優(yōu)點(diǎn)是輸入和輸出電流波動(dòng)小，故濾波容易；開關(guān)的有效電流小，器件導(dǎo)通損耗??；適用于大功率場(chǎng)合。利用狀態(tài)反饋克服直流偏移問題，但引入反饋量過多，控制系統(tǒng)變得很復(fù)雜,直流偏移問題，但其本質(zhì)上卻是直接電流控制。通過控制電壓Uan1，整流橋可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。，整流橋?yàn)閱蜗嗫赡娼Y(jié)構(gòu),圖中電感電流Is由電源電壓Us和整流橋輸入電壓的基波分量決定，當(dāng)電源電壓和電感值一定時(shí)，通過控制電壓的幅值和相位,即可控制輸入電流,這就是間接電流控制的基本原理,。 輸入電流波形：（a）峰值電流控制；（b）滯緩電流控制；（c）平均電流控制2)間接電流控制：間接電流控制是一種基于工頻穩(wěn)態(tài)的控制方式。THD（5%）和EMI小、對(duì)噪聲不敏感、開關(guān)頻率固定、適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，是目前PFC中應(yīng)用最多的一種控制方式。平均電流控制，取樣電流來自實(shí)際輸入電流而不是開關(guān)電流，它將電感電流信號(hào)與鋸齒波信號(hào)相加，當(dāng)兩信號(hào)之和超過基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，當(dāng)其和小于基準(zhǔn)電流時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通。將其連續(xù)化處理后，可以發(fā)現(xiàn)它和平均電流控制有相似的結(jié)構(gòu)。這種方法在要求較高的場(chǎng)合獲得了廣泛的應(yīng)用。但輸入電壓的變化和開關(guān)周期相比顯得很緩慢,故可以利用前一個(gè)周期內(nèi)輸入電流的平均值來確定下一個(gè)周期的占空比。平均電流誤差在CA中被放大后，與給定的鋸齒波信號(hào)在PWM 中比較，提供某一占空比的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。平均電流控制法反饋的是電感電流，開關(guān)管的工作頻率是固定的。平均電流控制的特點(diǎn)是：THD和EMI小、對(duì)噪聲不敏感、開關(guān)頻率固定，適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，是目前PFC中應(yīng)用最多的一種控制方式。 電流峰值法控制原理及輸入電流波形圖(ACMC)：平均電流控制，又稱三角載波控制,在峰值電流控制的基礎(chǔ)上，在乘法器輸出與比較器之間增加了PI電流控制器，控制器控制輸入電流平均值，使其與電流程控信號(hào)波形相同。其工作特點(diǎn)是：每個(gè)開關(guān)周期里，開關(guān)管受時(shí)鐘脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，當(dāng)輸入電流采樣超過基準(zhǔn)電流則開關(guān)管關(guān)斷，電流取樣可以是電感電流或者開關(guān)電流。在PFC中，這種控制方法趨于被淘汰。峰值電流控制實(shí)現(xiàn)較為容易，相關(guān)的控制IC有ML4812 、ML4819 、TK84812 、TK84819 等。直接電流控制還可分為：峰值電流控制、滯環(huán)電流控制、平均電流控制、預(yù)測(cè)電流控制、無差拍控制、單周期控制、狀態(tài)反饋控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制等方式。直接電流控制優(yōu)點(diǎn)：直接電流控制從整流器的輸入電流作為反饋和被控量，具有系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、限流容易、電流控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。1）直接電流控制：直接電流控制是目前應(yīng)用最多的控制方式,它來源于DC/ DC變換器的電流控制模式。直接電流控制的優(yōu)點(diǎn)是電流瞬態(tài)特性好，自身具有過流保護(hù)能力，但需要檢測(cè)瞬態(tài)電流，控制電路復(fù)雜。CCM相對(duì)DCM其優(yōu)點(diǎn)為：輸入和輸出電流紋波小、THD和EMI小、濾波容易；RMS（Root Mean Square）電流小、器件導(dǎo)通損耗小；適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合。直接電流控制的優(yōu)點(diǎn)是電流瞬態(tài)特性好，自身具有過流保護(hù)能力，但需要檢測(cè)瞬態(tài)電流，控制電路復(fù)雜。在PWM調(diào)制中注入二次諧波, 以降低輸入電流中的三次諧波含量, 使THD從10%降低到5%。此外,占空比調(diào)制、諧波注入PWM等方式也可以減小輸入電流諧波含量。變頻控制方式下電流工作于臨界DCM狀態(tài),集成控制器UC3852可實(shí)現(xiàn)上述功能。該控制方式下的電流THD可控制在10%以內(nèi)。實(shí)際上, 在半個(gè)工頻周期中并不恒定,導(dǎo)致輸入平均電流有一定程度的畸變。恒頻控制時(shí)開關(guān)周期恒定,電感電流不連續(xù)。但是DCM方式存輸入電流自動(dòng)跟蹤電壓且保持較小的電流畸變率；DCM 控制模式缺點(diǎn)：由于電感電流不連續(xù)，輸入、輸出電流紋波較大，對(duì)濾波電路要求高；開關(guān)管電流應(yīng)力高， 在同等容量情況下，DCM中開關(guān)器件通過的峰值電流是CCM的兩倍，峰值電流遠(yuǎn)高于平均電流，器件承受較大的應(yīng)力；適用于小功率場(chǎng)合，單相PFC功率一般小于500W，三相PFC功率一般小于10KW。可采用恒頻、變頻、等面積等多種方式，適用于單相或三相單開關(guān)電路。一般認(rèn)為，采用電流連續(xù)導(dǎo)通方式可利于實(shí)現(xiàn)輸入EMI濾波電路小型化，并可使電流應(yīng)力減小，實(shí)現(xiàn)高效率。為了減少諧波對(duì)交流電網(wǎng)的污染，必須對(duì)電源產(chǎn)品、高頻開關(guān)整流電源等的輸入電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，以最大限度減少諧波電流，使電源的輸入電流跟蹤輸入電壓，功率因數(shù)接近為1。為了限制電流波形畸變和諧波，使電磁環(huán)境更加干凈， 國內(nèi)外都制定了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 如IEC555－2，IEEC519等。而且，由于誤差電壓是和一個(gè)較大振幅的鋸齒波相比較，提高了系統(tǒng)的噪聲容限。在平均電流型控制模式下，工頻輸入電流的瞬時(shí)值是高頻電流的平均值。于是，電流環(huán)調(diào)整輸入電流的平均值，使與整流器輸入電壓同相位，并且為正弦波。平均電流型控制以整流器輸出電壓和電壓環(huán)的誤差放大電分量在電流誤差放大環(huán)節(jié)被平均化處理。有源功率因數(shù)校正中， 按輸入電流的工作模式又可分為CCM模式和DCM模式；按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為兩級(jí)模式和單級(jí)模式。其結(jié)構(gòu)通常是在橋式整流之后增加一個(gè)升壓電路。升壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制器容易實(shí)現(xiàn)；且輸入電流連續(xù)，傳導(dǎo)噪聲較小。有源功率因數(shù)校正與其它轉(zhuǎn)換式電源一樣，是通過脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正（PFC）通常采用無源和有源兩種控制方式。PFC的控制策略按照輸入電感電流是否連續(xù)，可分為電流斷續(xù)模式（Discontinuous Control Mode，DCM）和電流連續(xù)模式（Continuous Control Mode，CCM），以及介于兩者之間的臨界DCM模式（Boundary Conduction Mode，BCM）。對(duì)于PFC控制系統(tǒng)與控制策略的研究目前仍然十分活躍，這從側(cè)面反映出該領(lǐng)域仍有許多問題尚待解決。其基本思想是，放棄傳統(tǒng)的相控整流方案，代之以高頻調(diào)制原理，然后通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕咕W(wǎng)側(cè)電流遵循正弦波變化規(guī)律，這就是新一代整流電路即高功率因數(shù)整流器所依據(jù)的工作原理。由上述知，解決電力電子裝置的諧波污染問題，除了采用補(bǔ)償裝置對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償之外，就是開發(fā)新型變流器，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為1，這種變流器稱之為單位功率因數(shù)變流器(Unity Power Factor Converter) 。這種方案突出的優(yōu)點(diǎn)為：可得到較高的功率因數(shù)，～，甚至接近1；THD小；可在較寬的輸入電壓范圍和寬頻帶下工作；體積、重量??；輸出電壓可保持恒定。與上述方案相比，更為積極的方法是開發(fā)不產(chǎn)生諧波且功率因數(shù)為1的新型變流器，也就是采用第二種方案。按照第一個(gè)方案，裝設(shè)的典型補(bǔ)償裝置為各種無源和有源濾波器，其主要優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、EMI小、濾波效果也比較顯著等，因而被廣泛應(yīng)用。由于峰值電感解決電力電子裝置諧波污染和低功率因數(shù)問題的基本解決方案有以下兩個(gè)途徑：一是裝設(shè)補(bǔ)償裝置，以補(bǔ)償其諧波和無功功率；二是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其本身不產(chǎn)生諧波，且不消耗無功功率，或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制。DCM控制模式DCM控制又稱電壓跟蹤方法，它是PFC中簡(jiǎn)單而實(shí)用的一種控制方式。②按輸入電流檢測(cè)和控制方式分類：根據(jù)電感電流是否連續(xù)，APFC有兩種工作模式：不連續(xù)導(dǎo)通模式DCM和連續(xù)導(dǎo)通模式CCM。 抑制諧波的方案及改善功率因數(shù)的措施解決電力電子裝置和其他諧波源的污染問題主要有兩種方法：一是采用無源濾波或有源濾波電路諧波來旁路或?yàn)V除諧波；二是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造， 使其補(bǔ)償所產(chǎn)生的諧波， 采用功率校正電路，使其具有功率因數(shù)校正功能。而IEC100032制定于1995年，是最新、最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，它適合于每相電流小于16A的電子設(shè)備。美國海軍最先注意到諧波污染問題，并且制定了世界上第一個(gè)用于限定電子裝置所產(chǎn)生的諧波標(biāo)準(zhǔn)，即USMILSTD416B，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)至今仍為美國軍方采用。因此，抑制諧波和提高功率因數(shù)已成為電力電子技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)以及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個(gè)重大課題。除了對(duì)電力系統(tǒng)造成污染，電壓和電流的諧波可對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還可引起儀器儀表和保護(hù)裝置的誤測(cè)量、誤動(dòng)作。此外，若在變換電路交流輸入側(cè)不采取校正措施，大量的電流諧波分量會(huì)倒流進(jìn)入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波“污染”；當(dāng)電流流過線路阻抗時(shí)產(chǎn)生諧波電壓降，反過來使電網(wǎng)電壓發(fā)生明顯畸變。系統(tǒng)在電容充電期間形成輸入電流，電流峰值非常高，輸入電流波形變成了非正弦的窄脈沖，包含大量的高次諧波分量。簡(jiǎn)單的整流器是由二極管或晶閘管組成的不控或相控整流電路加大容量的電解電容實(shí)現(xiàn)的。⑤諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。③諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述①和②的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。 諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面：①諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對(duì)周圍的能耐電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對(duì)諧波及其危害就進(jìn)行過一些研究，并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還沒有引起足夠的重視。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波的危害十分嚴(yán)重。 產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時(shí)“諧波”這個(gè)詞的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。所以要使功率因數(shù)為1，必須采用功率因數(shù)校正技術(shù)保證輸入電流和輸入電壓是同相位的正弦波，電源系統(tǒng)的輸入阻抗呈現(xiàn)電阻性。③當(dāng)相位差＝0 時(shí)，功率因數(shù)僅與總諧波畸變THD有關(guān)。則功率因數(shù)也可以表達(dá)成畸變因數(shù)與位移因數(shù)的乘積： 式（）為了更清楚的表征輸入電流的波形失真度，定義了變量總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion，THD） 式（）因此畸變因數(shù)與總諧波畸變率THD的關(guān)系為： 式（）分析式（）至式（），可以得出電流諧波，相位差與輸入功率因數(shù)之間的關(guān)系：①輸入電流諧波含量豐富，功率因數(shù)不一定低，除非諧波分量幅值大，即小，THD大。由電工原理可知，系統(tǒng)的有功功率P 為： 式（）式中為輸入電壓與基波電流間相位差。假設(shè)輸入電壓和輸入電流的相位差為，則線性電路的功率因數(shù)又可以表示為： 式（）只有當(dāng)負(fù)載呈現(xiàn)純阻性時(shí)，輸入電壓和輸入電流同相位，電流波形跟隨電壓波形，功率因數(shù)為1。線性電路中系統(tǒng)的負(fù)載阻抗可以表示為： 式（）其中R 為電阻，X 表示電抗。功率因數(shù)（Power Factor，PF）的定義是系統(tǒng)的有功功率P與視在功率S的比值： 式（）、 為電網(wǎng)端輸入電壓及輸入電流的有效值。目前單相的PFC 技術(shù)已經(jīng)成熟，三相的PFC電路處于研制階段。方案應(yīng)用了有源器件，故稱之為有源功率因數(shù)校正。這種方法雖然簡(jiǎn)單可靠,但是體積大、重量大,難以得到非常高的功率因數(shù),工作性能與頻率、負(fù)載變化及輸入電壓變化有關(guān)，電感和電容間有大的充放電電流。解決以上問題的有效方法是在整流器與濾波電容之間加一級(jí)功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)。隨著開關(guān)頻率的提高，把諸如軟開關(guān)技術(shù)等新