无源填谷式PFC变换器的基本应用电路简介

“填谷电路”（Valley Fill Circuit）属于一种新型无源PFC变换器，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通时间，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右。与传统的电感式无源PFC变换器相比，其优点是电路简单，提高功率因数效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积笨重的大电感器。需要指出，由于填谷电路会增加电源的损耗，因此仅适用于20W以下低成本的LED驱动电源。此外，填谷电路对提高功率因数确有明显效果，但其总谐波失真仍然较大，无法满足欧洲EN61000-3-2等标准对谐波的要求。它所产生的谐波频率远高于150Hz，不会对LED电源造成影响，但容易对其他电子设备形成干扰。

二阶无源填谷电路的原理图如图10-4所示，电路中使用了两只电容器，亦称二电容填谷电路。该电路是全部采用无源元器件，不用PFC电感。由VD₁～VD₄构成整流桥。无源填谷电路仅需使用3只二极管（VD₆～VD₈）、两只电解电容器（C₁、C₂）和一只电阻器（R₁）。VD₆～VD₈采用1N4007型硅整流管。C₁与C₂的容量必须相等，均采用22μF/200V的电解电容器。R₁选用4.7Ω、2W的电阻器，开机时可限制C₁、C₂上的冲击电流，还能抑制自激振荡，但R₁上也会消耗一定的功率。填谷电路的特点是C₁和C₂以串联方式充电，而以并联方式进行放电，通过有效地延长交流输入电流的持续时间，使整流管的导通时间显著增大。VD₅为隔离二极管，可将整流桥与填谷电路隔离开。C₃用于滤除高频干扰。

图10-4 二阶无源填谷电路的原理图

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图10-5 交流输入电压u、交流输入电流i及U_A点的时序波形

利用二阶无源填谷变换器能大大延长整流管的导通时间，使之在正半周的导通范围扩展到30°～150°（30°恰好对应于U_A=U_Psin30°=U_P/2，150°对应于U_A=U_Psin150°=U_P/2）。同理，负半周时的导通范围扩展为210°～330°。这样，波形就从窄脉冲变为比较接近于正弦波。这相当于把尖峰脉冲电流波形中的谷点区域“填平”了很大一部分，故称之为填谷电路。交流输入电压u、交流输入电流i及U_A点的时序波形对照如图10-5所示。

开关电源输入交流电流的谐波分量很大，总谐波失真可高达100%～150%。不用填谷电路时的功率因数假定为λ=0.55，输入交流电流的总谐波失真THD=151%。增加填谷电路后，开关电源的功率因数可提高到λ=0.92～0.965，所对应的THD=42.5%～27.2%，证明总谐波失真在一定程度上也得到了改善。无源PFC变换器的典型应用参见图12-3。