电荷泵功率因数校正技术.pdf

《电工技术杂志》2003年第4期 电荷泵功率因数校正技术分析 张祖正 谢运祥 (华南理工大学雅达实验室 510640) 摘 要 简要列举了功率因数校正技术的主要方法;介绍了电荷泵PFC电路的发展和分类， 分析了利用电荷技术实现功率因数校正的原理;讨论了电荷泵PFC电路的电路拓扑以及实现高 功率因数的条件，并给出了在开关电源和电子镇流器中的应用;最后展望了电荷泵式PFC电路 的应用前景。 关健词 电荷泵 功率 因数校正 简单、成本低、可靠性高、EMI小。但是电感和 引言 电容工作于工频状态，其体积和重量大;并且电感 近20年来电力电子技术飞速发展，已广泛应 引起的压降大，二者均有较大的充放电电流;功率 用到电力、冶金、化工、煤炭、通信、家电等领 因数不高于0.90 域。然而随着电力电子装置的广泛应用，电网的谐 新型的无源功率因数校正主要有填谷 (Val- 波和功率因数问题 日益突出，引起了广泛的关注。 ley)校正方法和电荷泵 (ChargePump)校正方 一些国际性的组织提出了一系列的谐波限制标准， 法。填谷PFC电路，利用电容和二极管网络的串 如 IEC555-2,IEEE519,IEC1000-3-2等，对 并联状态的改变，增大整流二极管的导通角，从而 电力电子和电气设备的电流谐波含量做出了明确的 使得输人电流的波形得到改善。这种校正方式可使 规定。 电路的功率因数提高到0.9以上，但却不能有效的 抑制电力电子装置产生谐波的方法有两种[’]: 抑制谐波含量[3l 一是被动式的，即采用无源滤波器或有源滤波器电 电荷泵PFC是一种新型的无源PFC方法，具 路来旁路或补偿谐波;另一种方法是主动式的，设 有电路结构简单 ，成本低，容易控制，功率因数可 计新一代的高性能整流器 (UPF)，使输人电源具 以达到0.99以上[’]，并且可以有效的消除谐波。 有正弦、谐波含量低、PF高等优点。由于后一种 由于高频电荷泵功率因数校正电路的优良性能，已 方法在中小功率范围内具有成本低、效率高、性能 经引起了研究者的广泛关注，并在电子镇流器中获 好等优点，并且符合新谐波管理标准。因此功率因 得了实际应用。 数校正 (PFC)技术得到很快的发展，成为电力电 3 电荷泵功率因数校正电路的起源及分类 子学 目前研究的一个重要方向。 理想的电荷泵模型是J.Dickson在 1976年最早 2 功率因数校正的主要方法 提出的[[51，其基本思想就是通过电容对电荷的积 功率因数校正可分为有源功率 因数校正 累效应而产生高压使电流由低电势流向高电势，当 (APFC)和无源功率因数校正。 时这种电路是为了提供擦写梦PROM所需要的电 有源功率因数校正通过控制DC-DC变换器的 压。后 来 J.Witters,Toru Tranzawa等 人 对 开关管来减小电流畸变，并保持和电压同相位，使 J.Dickson的电荷泵模型进行改进，提出了比较精 功率因数接近于1。但其电路复杂、成本高、EMI 确的理论模型，并通过试验加以证实，提出了一些 高、效率会有所降低。 理论公式。近几年来，研究者才开始将电荷泵电路 无源功率因数校正的传统方法有两种方式川: 应用于功率因数校正技术，并且由于其良好的性能 ①在整流桥交流或直流侧串接工频滤波电感。②在 而引起了人们的普遍关注，并获得了较大发展。