有源功率因数校正的优化方法

人们最早是采用电感和电容构成的无源滤波网络进行功率因数校正，图1-7a所示的电路是在二极管整流桥前面串接一个LC组成的滤波器，它可以使得整流桥中二极管的导通角增大，从而使得电流波形得到改善。无源功率因数校正具有电路简单、工作可靠等特点，但是滤波效果受电网和负载影响较大，且滤波器体积、重量较大，功率因数校正的效果不理想。

图1-7 无源功率因数校正电路

在三相领域，减少整流器产生的谐波，经典的方法是采用多重化技术，采用增加换流器的相数或者脉波数的方法。图1-7b所示为12脉波二极管整流电路，通过两个6脉波整流器的交流侧电流波形分别通过移相变压器后再在网侧进行叠加，可以消除5次和7次电流谐波。类似地，采用18脉波整流器可以消除5次、7次、11次和13次电流谐波，采用24脉波整流器可以消除5次、7次、11次、13次、17次和19次电流谐波。采用波形叠加的方法，减小整流器输入低次电流谐波。

增加整流器的相数可以有效地消除低次特征谐波，提高整流器的功率因数。将多重化技术和无源滤波器相结合，可以取得更好的效果，但是多重化存在变压器结构复杂，体积和重量也比较大等问题。

从20世纪80年代中后期开始，有源功率因数校正器成为电力电子技术研究的热点之一。下面以单相为例，介绍有源功率因数校正的概念。

对单相市电来说，桥式二极管整流器是一个非线性一端口网络，即使输入端加入正弦电压，输入电流也不是正弦波，这样功率因数就小于1，如图1-8a所示。所谓有源功率因数校正是在桥式二极管整流器与输出直流负载之间插入一个由电力电子开关器件、电感、电容等元器件构成的子电路，通过对电力电子开关器件的PWM控制，使整流电路输入电流在一个工频周期中跟踪电网输入电压正弦波的变化，以实现功率因数校正，如图1-8b所示。

图1-8 全桥式二极管整流器与有源功率因数校正(www.xing528.com)

图1-8b所示为一个具有功率因数校正功能的整流器，实线框为插入的子电路，假定电网电压为

如果通过对电力电子开关器件的PWM控制，可以使网侧输入电流i_s（ωt）在一个工频周期中能够跟踪电网输入电压v_s（ωt）正弦波的变化，即输入电流i_s（ωt）可表示为

这样，输入电流i_s（ωt）是一个与电网电压v_s（ωt）同相位的一个正弦波，就可实现单位功率因数，如图1-9所示。能够实现单位功率因数的整流电路被称为有源功率因数校正变换器。

图1-9 有源功率因数校正变换器的输入电压、电流波形

有源功率因数校正器按输入相数分为单相有源功率因数校正器和三相有源功率因数校正器；按照能量流向可以分为双向有源功率因数校正器和单向有源功率因数校正器；按照是否采用软开关技术，可以分为硬开关有源功率因数校正器和软开关有源功率因数校正器。