2024年3月17日发(作者：)

浅析几种常见的PFC拓扑

【摘要】AC/DC变换是电力电子技术在工业生产应用中较重要的一个方面。如何解决

AC/DC变换中产生的谐波，以及较低的功率因数已经成为电力电子技术领域中的一个主要

研究方向。本文首先从传统的AC/DC变换器拓扑分析入手，引出了功率因数基本定义、

低功率因数的危害。在这之后，本文给出并简单的分析了现在常用的一些功率因数校正电

路。

【关键词】功率因数校正；AC/DC变换器；高频隔离；PFC技术；电力谐波

随着电能——这一人类文明有史以来应用领域最广泛，影响人类社会工业发展最重大

的能源的发现，给我们带来了极大的便利与力量，但随之而来的也有大量的问题。电能转

换装置在电网中产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网便是这诸多问题中较棘手的一

个。

在这些装置中，各种AC-DC整流装置所占的比重最大。目前广泛应用的整流电路主

要有二极管不控整流电路、晶闸管相控整流电路和由全控型器件构成的全控整流电路。而

具体的转换主要由开关电源、不可控整流器或者晶闸管整流器来完成。其中，从380V交

流电网经整流供给直流是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案

[1]。在含有AC/DC变换器的电力电子装置中，DC/DC变换器或DC/AC变换器的供电电

源一般是由交流市电经整流和大电容滤波后得到较为平直的直流电压，如图1.1所示。

二极管不控整流电路结构如图1.1所示。二极管整流电路的优点：（1）结构简单，不

需要控制电路；（2）可靠性高；（3）成本低。二极管整流电路的缺点：（1）直流输出电压

不可控，交流侧输入电流一般不连续；（2）交流侧输入电流非正弦，含有大量低次谐波；

（3）能量只能从交流侧传递给直流侧，直流侧能量不能回馈电网；（4）虽然位移因数接

近1，但由于输入电流中谐波分量很大，所以功率因数很低，一般只能达到0.65左右；（5）

引起电网电压畸变，污染电网。

图1.2所示为三相晶闸管整流电路。它可以在交流电压不变的情况下，通过改变触发

角的大小来改变直流输出电压的大小，即可控整流。一般情况下，在直流侧有滤波回路（图

中方框内就是滤波回路）。晶闸管相控整流电路的优点：

（1）电路已经非常成熟；（2）体积小、重量轻；（3）效率高、控制灵活。晶闸管相

控整流电路的缺点：（1）交流侧输入端电流非正弦，谐波含量大，波形畸变严重；（2）输

入电流滞后于电压，其滞后角随着触发延迟角a的增大而增大，位移因数也随之降低，交

流侧功率因数降低；（3）由换流引起的电网电压波形畸变严重；（4）直流侧输出电压含有

较大纹波；（5）由晶闸管组成的相控整流电源动态响应较慢，最快为六分之一个工频周期。

传统的AC＼DC整流电路虽然结构简单，应用广泛，但是存在较大谐波电流，功率因

数偏低的弊端。其功率因数只有0.6～0.7左右，输入电流总谐波畸变THD（总谐波失真）

高达100%。图1.3所示为单相二极管整流电路的输入电压和输入电流波形，功率因数过

低，对电力系统的影响非常巨大，尤其对电网企业影响最大[2]：（1）当用户功率因数偏低

时，需要从网上吸收无功功率，这样发电机组就要多发无功，而发无功也是需要能量的，

它少发了有功，相当于降低了发电机的出力；（2）无功负荷在网上传送，白白占用了输、

变、配电设备的资源，使上述设备利用率降低，而设备运行效率是以有功计算的，因而它

使设备达不到额定出力，出力降低；为达到规定的出力，就要增大设备容量，提高了设备

投资额；（3）无功影响电压，无功的传输和大量消耗，使系统电压不能满足要求，线路未

端会电压很低，造成设备不能起车或达不到额定出力；（4）无功的缺乏，会使线路及电气

设备中的电流增大，使损耗增大，即线损增加，增大电费支出。