[实用新型]一种高效率无源功率因数校正电路

说明书

技术领域

       本实用新型涉及交流-直流转换过程中的功率校正，属于开关电源领域，尤其涉及一种无源功率因数校正电路。 

背景技术

功率因数(PF)定义为有功功率与视在功率的比值，如(1)式所示，其中V_in表示输入电压，I表示脉冲电流的有效值，I_n表示第n次谐波的有效值，I₁表示基波电流的有效值，θ是基波电流I₁与输入电压V_in的相差。

        (1)

其中                

总谐波畸变因数(Total Harmonics Distortion, THD)定义为高次谐波电流分量的总有效值与基波电流有效值的比值，如(2)式所示。

                          (2)

功率因数与总谐波畸变因数的关系可用 (3)式表示。当相差θ为0，且THD<5%时，功率因数可以控制在0.99以上。因此，功率因数的提高主要从降低谐波电流成分，减小输入基波电流与输入电压的相差这两个方面进行。

                      (3)

在电力电子设备、电子仪器以及家电产品中，将220V的交流电网电源进行整流得到直流电源，是一种应用极为广泛且最为基础的交流-直流(AC- DC)变换方案。在通常情况下，这种AC-DC变换由全桥整流电路实现，后接一个大的滤波电容，以得到波形较为平直的直流电压源。当输入交流电压的电位较低时，负载所需的电能由蓄能电容提供，交流电压源本身并不提供电流；当输入交流电压的电位较高时，交流电压源直接向储能电容充电。因此，尽管输入的交流电压是正弦波，但是输入的交流电流却呈脉冲状，波形畸变严重。这些脉冲状的输入电流中含有大量的谐波，如果大量的电流谐波分量倒流入电网，则一方面会使电网中的谐波噪声水平提高，造成电网的谐波“污染”，另一方面会产生“二次效应”，即电流流过线路阻抗形成谐波电压降，反过来使得电网电压(原正弦波)也发生畸变。这些效应严重时会造成电路故障，损坏变电设备。

如果整流桥后面没有并联储能电容，而直接是接上一个纯阻性的负载，那么很显然，电压和电流之间的相位差为零且没有谐波电流，功率因数为1。因此功率因数校正(PFC)技术的本质，就是要使用电设备的输入端对输入电网呈现“纯阻性”，也就是要使输入电流和输入电压之间成正比。另一方面，从能量传输的角度来讲，PFC技术是使用电设备的输入端从输入电网中汲取能量，而不要将能量重新反馈回输入电网中去。

从目前来看，解决电网谐波污染的方法有两种：一是在电网侧对已经产生的谐波电流进行补偿；二是在电力电子装置内部设置无源或者有源的PFC电路，达到PFC的目的。其中，后一种是较为根本的解决方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高效率无源功率因数校正电路，该电路位于整流桥与直流-直流(DC-DC)转换器之间，用于提高电路的功率因数。

本实用新型适用于无源高频的功率因数校正电路，主电路结构如图1所示包括三个部分：整流桥电路、互感填谷电路和输出电路。所述互感填谷电路并联在整流桥电路和输出电路的桥臂之间。

所述整流桥电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4构成；所述互感填谷电路由第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电容C1、第二电容C2和变压器T1构成；所述输出电路包括第三电容C3。

第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连，第三二极管D3的阴极与第一二极管D1的阳极相连，第四二极管D4的阴极与第二二极管D2的阳极相连；所述整流桥电路的输入端接交流电压，输入端AC_L与第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极相连，AC_N与第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阴极相连；第二二极管D2的阴极为输出正端，第四二极管D4的阳极为输出负端，其中输出负端接地。