交流整流电路电流谐波分析与控制

交流电网电压经整流分压供给电子设备及家用电器，是一种基本的变换方式。现有的开关电源都是将交流电压进行低通滤波、全波整流、电容滤波后，输出较为平直的直流高压。这种低通滤波、整流电路是非线性的，虽然电网电压是一种正弦波，但因受负载（感性负载、容性负载或阻抗负载）的影响，输出电流将会发生严重畸变，呈现出一种脉冲波。这种波对用电设备是极为不利的，同时也会给供电电网带来危害，使输入功率因数下降。

我们知道，桥式整流输出并联电解电容两端的直流电压随着电容的充电和放电，产生的是脉冲波形电流，而滤波电容上的电压与最大值相差并不是很多。根据桥式整流中的二极管单向导电的特性，只有在输入端的交流电压瞬时值超过滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通。而输入交流电压的瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管则反向偏置而截止。于是，只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才会导通，它的导通角约为60°。这样整流二极管的导通角明显变小，对交流输入电压波形并不产生很大影响，大体上仍然保持正弦波形状，但是实际上交流输入电流波形是脉冲尖波，脉宽约为3ms，是半周期（10ms）的1/3，见图7-1。由此可见，开关电源输入端电流畸变是由整流二极管导通角太小引起的，而二极管导通角变小的直接原因则是大容量的滤波电容（容性负载）并联于桥式整流输出负载。

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图7-1 交流整流电路与输入电压、电流波形

脉冲电流中含有大量的谐波，这些不同频率的每一个正弦波成分都被称为谐波分量。谐波的产生，一方面使谐波噪声含量提高，另一方面整流电路加入的滤波电容体积加大、笨重。如果以基波100%为基础，则通常经桥式整流电容滤波的输入电流中，三次谐波分量达到77%以上，五次谐波达到50%，七次谐波达到40%，总的谐波电流含量会高出基波值，往往会达到117%左右，输入功率因数只有0.65。必须指出，总谐波含量并不等于各次谐波含量的代数和。