开关电源功率因数补偿及谐波限制方法.pdf

### 开关电源功率因数补偿及谐波限制方法解析 #### 一、引言 开关电源作为现代电子设备中不可或缺的一部分，在各种应用场合下都扮演着重要的角色。然而，随着电子设备数量的增加以及对能源利用效率的要求提高，开关电源在功率因数和谐波抑制方面的性能变得越来越重要。本文将基于《开关电源功率因数补偿及谐波限制方法》的内容，详细介绍一种适用于小功率开关电源的功率因数补偿和谐波限制技术。 #### 二、背景与挑战 对于75W以上的开关电源来说，通常会采用有源功率因数校正（APFC）的方法来提高功率因数并限制谐波。这种方法虽然可以显著提升性能，但在75W以下的小功率开关电源中，由于成本和体积的限制，采用APFC方法并不经济可行。因此，开发一种能够在有限的成本和体积空间内实现功率因数补偿和谐波限制的技术变得尤为重要。 #### 三、技术方案 本方案提出了一种新的方法，即通过在开关电源电路中引入辅助电感来实现功率因数补偿和谐波限制。具体来说，该方法是将一个辅助电感串联在变压器的中间抽头处，并通过主开关管对输入电流进行调制，从而拓宽电流导通角，达到功率因数补偿和谐波限制的目的。 ##### 3.1 电路结构及工作原理 在未加入PFC辅助环节的传统AC-DC转换电路中，由于储能平滑电容的存在，输入电流会产生尖峰，导致功率因数较低、谐波较高。加入PFC辅助环节后，通过调整电感L的参数，可以改善输入电流波形，拓宽电流导通角，如图2所示。 图3展示了本方案的基本电路结构。电感L通过特定方式接入变压器T的中间抽头，与中间抽头电压\( V_d \)进行比较。当主开关管Q导通时，电感L进行储能；当Q截止时，电感L通过释放能量对电容C进行充电。这种设计降低了比较基准，使得输入电流导通提前，截止滞后，从而拓宽了导通角。 ##### 3.2 参数方程的建立 为了进一步理解这一技术方案的效果，接下来将基于电容的充放电过程建立相关的参数方程。考虑到电感L中电流在连续和断续临界状态下的变化情况，本节将重点讨论最大值情况下的参数方程。 - **电容C上的充电电压值**：根据变压器T磁通平衡原理和电感中电流的变化量相等原则，可以推导出电容上的电压方程。 - **关键元件参数方程**：进一步分析电感L二极管D1和D2的电流方程及其最大反压值，以及电感L二极管D1和D2中的电流最大值和有效值。 - **开关管Q中的电流**：分析不同情况下开关管Q中流过的电流大小及其与电容C和电感L的关系。 #### 四、结论 本文介绍了一种适用于小功率开关电源的功率因数补偿和谐波限制方法。该方法通过在电路中引入辅助电感，有效地提高了功率因数并限制了谐波，适合于在有限的成本和体积空间内实现。通过理论分析和实验验证，证明了这种方法的有效性和可行性，为小功率开关电源的设计提供了新的思路和技术支持。 通过对开关电源功率因数补偿和谐波限制方法的研究，不仅有助于提高电力系统的整体效率，还有助于减少电网损耗和环境污染，具有重要的理论意义和实际应用价值。