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电源：一种高功率因数反激AC/DC变换器

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摘要：本文简要分析了电力电子设备功率因数低的主要原因;提出了一种高频电荷泵功率因数校正 AC/DC变换器，详细论述了该电路的工作原理，对电路的驱动芯片TDA16846进行了简单的介绍;最后对该变换器电路进行了仿真和试验。研究结果表明：该电路的功率因数高、谐波含量小，能满足谐波标准IEC1000-3-2的要求，是一种结构简单、性能优良的变换器。

叙词：电力电子;功率因数校正;电荷泵;电源

Abstract：The reasons of low power factor in the electronic and power equipments are simply analyzed in this paper. A high frequency charge pump power-factor-correction(PFC) AC/DC converter is proposed. The principle of the circuit are discussed. The chip of TDA16846 was simply introduced. The simulation and experimental results show that unity power factor and low THD can be achieved, which proves that the performance of the converter is excellent.

Keyword：electronics Power;Power-Factor-Correction;charge pump;

一. 引言

近二十年来电力电子技术得到了飞速发展，已广泛应用到电力、冶金化工、煤炭、通讯、家电等领域。然而随着电力电子装置的日益普及，电力电子装置把大量的谐波注入电网，给电力系统带来了严重的谐波污染，对电网的安全运行构成了严重的威胁。这个问题引起了社会的广泛关注，提出了一系列的谐波限制标准，如IEC 555-2、IEEE 519、IEC 1000-3-2等，对电力电子和电气设备的电流谐波进行限制[1]。

导致电力电子装置谐波增大和功率因数降低的主要原因是装置常采用了整流和大电容滤波电路，只有当电源电压高于滤波电容电压时，整流二极管才能导通，因此网侧输入电流为高充电尖峰的脉冲波，如图1中Im所示，因而造成网侧输入电流谐波含量大，功率因数低。如果在整流二极管和大滤波电容之间加一个PFC电路，如方块图2所示。该电路在输入电压过零点时，输出达到最大值，在输入电压达到峰值时，输出最小值;而电流

为一整流的正弦波形，其输出特性如图3所示(

是电网经桥式整流电路获得的正弦双半波电压，

是PFC电路的输出电压)。这样就可以改善网侧输入电流波形，使其如图1中Imp的波形所示，达到提高功率因数的目的。

图1 PFC校正前后的电流波形

常用的功率因数校正采用两级方案。第一级是PFC级，通常采用Boost变换器，PFC级强迫线电流跟随线电压，实现高功率因数;第二级是功率变换器，对输出电压进行调节。该方案可以实现高性能功率因数和快速输出电压调节功能，并且相对成熟，适用于各种功率应用，但是该电路的缺点是电路结构复杂、元器件多、成本高、效率低。为了克服这些缺点，近些年来提出了单级功率因数校正方案。PFC级和第二级共用一个开关管，这样就可以减少开关管和控制电路的数量，降低了电路成本，减小了重量和体积，也提高了效率。