引言

傳統的開關電源整流電路普遍采用不可控二極管或相控晶閘管整流方式，直流側采用大電容濾波，輸入電流諧波含量大，功率因數低，造成了嚴重的電網污染和能源浪費。目前，解決諧波問題、提高功率因數的主要方法：(1)對產生諧波的電力電子裝置的拓撲結構和控制策略進行改進，使其產生較少的諧波甚至不產生諧波，使得輸入電流和輸入電壓同相，達到提高功率因數的目的，如PWM整流技術;(2)在整流橋和濾波電容之間加一級用于功率因數校正的功率變換電路，如有源功率因數校正(APFC)技術。近些年來APFC技術和PWM技術在中、小功率乃至大功率開關電源中得到了普遍應用。本文以高功率因數開關電源作為研究對象，分析采用APFC技術和PWM整流技術來提高功率因數的原理，并采用Matlab7.6軟件對單相電壓型PWM整流電路和APFC電路進行了仿真及分析比較。

高功率因數開關電源的設計方案

1、采用PWM整流技術的開關電源

采用PWM整流技術的高功率因數開關電源的結構如圖1所示，本文只探討其中的PWM整流電路部分。

圖1采用PWM整流技術的高功率因數開關電源結構

該種高功率因數開關電源設計方案采用PWM整流技術和DSP技術，能數字化地實現整流器網側單位功率因數正弦波電流控制，比較適合應用于中等功率開關電源設計中。

2、采用APFC技術的開關電源

采用APFC技術的高功率因數開關電源，其前級APFC電路采用實際生產中應用最廣泛的Boost拓撲結構，負責使交流輸入電流正弦化并使其與輸入電壓同相位，同時保持輸出電壓穩定、后級DC/DC變換電路采用能實現多路輸出的反激式拓撲結構，主要負責調整輸出電壓，通過DC/DC變換得到所需要的直流電壓，其結構如圖2所示。

圖2采用兩級型APFC的高功率因素開關電源結構

單相PWM整流電路的基本原理

本節采用圖1所示的方案，其前級如圖3所示，即單相全橋電壓型PWM整流電路，電路采用有4個全控型功率開關管的H橋型拓撲結構。圖3中網側電感為升壓電感，起平衡電路電壓、支撐無功功率、儲存能量和濾除諧波電流的作用;Rs為濾波電感的寄生電阻；主電路中功率開關均反并聯一個續流二極管，用來緩沖PWM過程中的無功電能。

單相全橋電壓型PWM整流電路的SPWM調制方法分為單極性調制和雙極性調制兩種，本文采用單極性調制。

單相全橋電壓型PWM整流器選擇響應速度較快的三角波電流比較法作為控制策略。因反饋到電壓外環的輸出電壓含有紋波電壓，而紋波電壓的存在將導致電流內環的給定電流發生畸變，因此本文采用補償輸出直流電壓中紋波電壓的方法[4]來減少流入電壓控制環的紋波電壓，從而改善給定電流的波形。按照以上原理設計的單相全橋電壓型PWM整流器的控制系統結構如圖4所示。

圖4單相全橋電壓型PWM整流器的控制系統結構

由圖4可知，PWM整流控制系統中需要檢測的信號有輸入交流電壓us、輸出直流電壓ud以及輸入交流電流is.us是閉環控制中相位檢測的輸入信號；通過比較ud與給定參考電壓u*d以及直流側紋波電壓補償u~d來決定電壓外環PI調節器的輸出im，并將其與輸入電壓同步信號sinωt的乘積作為指定電流i*s；is與i*s的差值決定電流內環PI調節器的輸出;最后比較電流內環PI調節器的輸出與三角載波，產生PWM信號來控制開關管的關斷。這樣，電流PI調節器的輸出決定PWM信號的占空比，使實際輸入電流逼近指定電流值。