[发明专利]一种部分有源功率因数校正电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术，具体地说涉及一种部分有源功率因数校正电路。

背景技术

在电网中，各种负载尤其是非线性负载对电网供电质量存在重大影响。例如，许多用电器的电源需要将电网的交流电转换为直流电，在整流过程中产生脉动电流包含有大量电流谐波分量。这些电流谐波分量倒流入电网，会造成对电网的谐波“污染”，当电流流过线路阻抗时造成谐波电压降，使正弦波电网电压发生畸变。此外，产生的谐波还造成电网电流的功率因数下降，增加配电系统导线与变压器的损耗；以及增大中线谐波电流，以致对电网上其它用电装置造成电磁干扰。同时功率因数降低也影响整个电源系统的负载能力和可靠性。

目前，随着变频技术的发展，变频调速已经成为一种广泛应用的技术手段。变频调速中需要对电源进行交-直-交的变换，上述过程会产生各种电流谐波，如果不采取措施，将降低电网功率因数，使电网的实际供电能力降低；同时，还会产生电磁干扰，影响其它用电设备。因此，目前对各种电器尤其是变频空调等设备进行功率因数校正已成必然趋势。

目前，我国对家电产品强制执行＂CCC认证＂(CCC认证即＂中国强制认证＂，其英文名称为＂China Compulsory Certification＂)标准，要达到这一标准的要求，各种家用变频设备必须进行功率因数校正(英文简称为PFC)。

将产品化的电流谐波抑制和功率因数校装置应用于变频空调等家用变频设备中，可以实现功率因数校正，并使各次谐波电流含量均满足＂CCC认证＂的EMC(电磁兼容)标准。所述EMC标准包括EMI(电磁干扰)标准及EMS(电磁耐受性)标准两部份。所谓电磁干扰，是指机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；所谓电磁耐受性，是指机器在执行功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

通过近年来的研究，已有多种用于提高变频空调功率因数和减小电流谐波分量的装置，包括：

1、无源功率因数校正电路

无源功率因数校正是通过电感、电容、二极管等元器件补偿交流输入的基波电流与电压的相位差，强迫电流与电压相位一致，可以降低电源对电网谐波干扰和电网对电源干扰。这种功率因数校正电路可以将功率因数提高到0.7～0.8，电流谐波含量降到40％以下，在中小容量的电子设备中被广泛采用。其主要优点是简单、成本低、可靠性高、维护方便、EMI小，缺点是电路体积大而笨重，且功率因数不高，只能对一部分谐波有滤波效果，且滤波效果易受元件或系统参数、以及电网频率变化的影响；在某些条件下可能和系统发生谐振，引发事故；当谐波源增大时，滤波器负担随之加重，以致可能因谐波过载不能运行等，因此，其校正效果还不是十分理想。

2、有源功率因数校正电路

这种方式又可称为主动式功率因数校正方式。又分为全程有源功率因数校正和部分有源功率因数校正。

图1示出现有技术一种全程有源功率因数校正电路，这种电路在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器，应用电流反馈技术，通过PFC专用逻辑芯片控制，使输入端电流Ii波形在整个电周期内跟踪交流输入正弦电压波形。这种有源功率因数校正电路可使Ii接近正弦，从而使输入端总谐波畸变量(THD)小于5％，功率因数可提高到0.99甚至更高。这种功率因数校正电路的问题是：内部的开关管的开关频率非常高(一般在20K以上)，因此工作时会产生相当大的电磁干扰，使系统的干扰电压和干扰功率超标，为了抑制PFC自身所带来的干扰一般要采取多级滤波，势必增加变频控制系统的成本。另外，由于其工作频率很高，需要非晶态磁性材料作磁芯的高频电感与其配合，而这种电感价格很高，进一步增加了系统的成本，不利于市场竞争。

为解决全程有源功率因数校正存在的问题，使用部分有源PFC也是一种较好的选择。图2示出现有技术下一种部分有源PFC的电路图。这种功率因数校正电路的特点是，在180度电角度对电源作一次功率因数校正，而不是在整个电源周期不断进行功率因数的校正。因此，内部开关管的工作频率降低了，使电磁干扰大幅降低，同时，功率因数校正的效果也较好，功率因数可以达到95％以上。