(6) 開關電源的功率因數(shù)

開關電源以其效率高、功率密度高而在電源領域中占主導地位，開關電源多數(shù)是通過整流器與電力網(wǎng)相接的，經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，成為電力公害。傳統(tǒng)的開關電源存在一個致命的弱點，即功率因數(shù)較低，一般僅為0.45～0.75，而且其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波的幅度約為基波幅度的95%，五次諧波的幅度約為基波幅度的70%，七次諧波的幅度約為基波幅度的45%，九次諧波的幅度約為基波幅度25%。

開關電源已成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一，針對高次諧波的危害，從”//)年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統(tǒng)的開關電源在此限制之列。我國國家技術監(jiān)督局在1993年頒布了國家標準GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。國際電工委員會(International Electrotechnical Commission IEC)于1998年對諧波標準IEC5552進行了修正，另外還制定了IEC61000-3-2標準，其A類標準對電網(wǎng)諧波的要求見表1-3。傳統(tǒng)整流器因諧波遠遠超標而面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

抑制開關電源產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種：一是被動法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或濾除諧波;二是主動法，即設計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低、功率因數(shù)高等特點，即具有功率因數(shù)校正功能。國外改善開關電源功率因數(shù)的研發(fā)工作的重點，主要是在功率因數(shù)校正電路的拓撲結構和功率因數(shù)校正控制IC(如UC3842～UC3855A系列,KA7524,TDA4814)的開發(fā)等領域展開研發(fā)工作。國內(nèi)一些廠家也做了類似的工作，采用功率因數(shù)校正電路的開關電源，其功率因數(shù)可達到0.95～0.99近似于1。近年來功率因數(shù)校正電路得到了很大的發(fā)展，為電力電子學研究的重要方向之一。

常規(guī)開關電源的功率因數(shù)低的根源是整流電路后的濾波電容使輸出電壓平滑，但卻使輸入電流變?yōu)榧饷}沖，如圖1-6所示，而整流電路后面不加濾波電路，僅為電阻性負載時，輸入電流即為正弦波，并且與電源電壓同相位，功率因數(shù)為1。

于是功率因數(shù)校正電路的基本思想是將整流器與濾波電容隔開，使整流電路由電容性負載變?yōu)殡娮栊载撦d。在功率因數(shù)校正電路中，其隔離型電路如圖1-7所示。但這種電路結構不能實現(xiàn)輸入與輸出的電隔離。

圖1-6 常規(guī)開關電源輸入電壓與輸入電流波形

圖1-7 基本隔離型PFC電路

圖1-8 電容輸入的電路

新型低污染、高效率、低應力、低輸出紋波開關電源主要包括EMI及浪涌吸收濾波電路，前級有源軟開關功率因數(shù)校正電路，相移諧振軟開關DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。

一般開關電源的輸入整流電路如圖1-8所示，市電經(jīng)整流后對電容充電，其輸入電流波形為不連續(xù)的脈沖，如圖1-9所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值I為：

式中

，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量。

諧波電流使電力系統(tǒng)的電壓波形發(fā)生畸變，將各次諧波有效值與基波有效值的比稱之為總諧波畸變(Total Harmonic Distortion，THD)其表達式為：

THD=