电动汽车充电技术的功率因数校正电路

车载充电机在充电过程中需要通过整流器、逆变器、DC-DC变换器等对电流频率电压等级等进行变化，这些功率变换器的开关过程会产生谐波，同时电路中还存在着无功器件，会从电网吸收无功功率。谐波会危害电网的安全，无功功率会降低电网的运行效率，因此需要功率校正单元。

谐波的危害如下：

①谐波若传入电网，将会造成严重的谐波污染，也会引起DC-DC母线电压的畸变。

②干扰正常的通信信号，影响其他电子设备工作。

③使电容阻抗减小，增加电容的负荷，可能导致电容被烧毁。

功率因数校正电路其实就是一个DC-AC转换电路，当接通不同的负载时，需要不同的功率，功率因数校正电路通过脉冲宽度调制（PWM）技术来改变输入功率大小。PWM就是控制开关管不停地开通和关断，将直流输入电压转换成脉冲电压，再利用电感和二极管将其转换成直流电压输出。如果进行闭环控制、稳定输出电压，则需要将输出电压与参考电压进行比较，把产生的电压差反馈至PWM控制器，控制器改变PWM波形的占空比，调节输出电压值。

PFC电路即利用上面的方法，将交流电变成与交流电压同相位的正弦波，提高电路功率因数。功率因数校正电路分为无源PFC和有源PFC电路。

无源PFC电路没有开关管等有源器件，组成元器件主要有二极管、电阻、电容和电感等无源元器件。

无源PFC电路在整流桥和滤波电容之间加上一个电感，由于电感中电流不能突变，所以可以用来平缓滤波电容充电强脉冲的波动，减小电流波形的畸变，电路如图4-22所示。

图4-22 无源PFC电路

这种方法只是一种简单的补偿措施，增加一个合适的电感，就可以达到抑制电流瞬变的目的，一般应用在小功率无PFC功能的设备上。这种补偿方法的缺点是输出电压波纹较大，滤波电容两端的电压较低，功率因素补偿和抑制电流畸变能力差。

有源PFC电路就是在无源PFC电路的基础上加上了功率因数高、电磁兼容特性好的开关管控制。在整流桥上加上开关管后，将脉动电压变成高频脉冲波，其频率可达100kHz，经滤波后变为直流电源，再向开关电源供电，其过程是AC→DC→AC→DC。(www.xing528.com)

有源PFC电路拓扑一般有Boost、Buck、Buck/Boost、Flyback等。

①Buck（降压式）：这种方式很少被采用，因其功率开关管电压应力比较大，电源噪声大，会对驱动信号造成一定影响，不容易滤波。

②Buck/Boost（升/降压式）：电路中有两个功率晶体管，其中一个功率晶体管的控制信号浮动，两种功能造成电路较为复杂，目前也很少采用。

③Flyback（反激式）：这种方式适用于功率小于150W的电路，变压器可以使输入和输出实现隔离，并采用简单电压型控制。

④Boost（升压式）：这种方式的优点是控制简单、PF值高、THD总谐波失真小、效率高、输出电压高于输入电压。常用于75～2000W功率范围的电路中。

结合以上的介绍，一般都采取Boost拓扑作为前级有源PFC电路的拓扑结构。Boost型有源PFC电路具有以下优点：

①有源PFC电路控制简单，电路中有电感，适用于电流型控制。

②Boost型有源PFC电路具有预调整作用，使得输出滤波电容C上具有高电压，这样可以减小电容体积，增大储存能量。

③在整个输入电压范围内，Boost电路能保持较高的功率因数。

④Boost型有源PFC电路的电流连续，并且在有源PFC电路开通时输入电流小，大大降低了EMI的设计制作难度。

⑤升压电感L能防止电压和电流快速变化，电路工作稳定性得到了提高。

⑥Boost电路元器件少、只需要滤波电感、输出电容、MOSFET、二极管等元器件。