硬开关与软开关功率因数校正电路的研究

功率因数校正技术是现代电力电子技术中一个重要的研究方向，尤其在电源管理和电能质量控制领域内占有一席之地。功率因数是指电路输出的有功功率与视在功率之比，它是衡量电能利用率的一个重要指标。理想状态下，功率因数为1，但在实际应用中，由于电路中存在大量非线性负载，如整流器、逆变器等，会导致功率因数下降，从而引发电能的浪费和电网的污染。 功率因数的降低，主要表现在输入电流波形的畸变上。电流波形不再跟随电压波形呈现正弦分布，而是出现了脉冲状的畸变波形，这会导致大量谐波的产生。谐波会污染电网，对其他用电设备产生干扰，增加设备的故障率，甚至可能造成电网谐振，影响到电网的稳定运行。同时，低功率因数还会增加变压器、输电线路和保护设备的负担，造成不必要的经济成本。 在220V交流电网下，整流器-电容滤波电路输出的直流电通常具有较差的功率因数，这一问题催生了功率因数校正技术的发展。功率因数校正电路可以分为硬开关和软开关两种类型，其中硬开关方式在开关动作时，电压和电流同时处于非零状态，容易产生较大的开关损耗；而软开关技术旨在减少或消除开关器件在开通和关断时的损耗，提高电路效率。 在功率因数校正中，APFC（Active Power Factor Correction，有源功率因数校正）技术扮演着重要角色。UC3854和UC3855是两种常用于APFC电路的集成控制芯片。UC3854为硬开关校正电路设计，它通过PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）方式控制开关管的导通和关闭，进而调整输入电流波形，使其接近正弦波形，减少畸变。该芯片内部集成了多个功能模块，包括电压误差放大器、模拟乘法/除法器、电流放大器等，以实现高功率因数校正。UC3854的主要特点包括：可达到0.99的功率因数，总谐波失真（THD）小于5%，适用于任意开关器件，以及平均电流控制模式和恒频控制等。 尽管UC3854在校正电路中能实现较好的功率因数，但它存在硬开关工作的缺点，如较大的开关损耗和电压尖峰问题。因此，UC公司又推出了UC3855作为改进，采用软开关技术以降低开关损耗。软开关技术通过精心设计的开关时刻，使开关器件的电压和电流不会同时非零，从而减少了损耗，提高了效率。实验结果表明，UC3855的性能在许多方面优于UC3854，特别是在开关损耗和电压尖峰抑制方面。 电源管理在电力电子技术中的应用非常广泛，其中的APFC技术对于提高电能利用率和维持电网稳定有着不可或缺的作用。通过对比UC3854和UC3855，我们可以看到，随着电力电子技术的发展，软开关技术有望在未来成为功率因数校正电路的主要技术之一。研究硬开关与软开关的功率因数校正电路，不仅有助于我们理解当前技术的优缺点，而且还能为未来技术的发展指明方向。