填谷電路諧波電流（問題）分析

王志文

在常規(guī)AC-DC 開關(guān)電源中，其輸入端AC 電源經(jīng)全波整流后，一般接1 個大電容器，以得到波形較為平直的直流電壓。整路是一種非線性元件和儲能元件的組合，因此，雖輸入交流電壓是正弦的，但輸入交流電流波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀，輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重畸變的結(jié)果是，電源滿載工作時功率因素不足0.6，諧波電流值很大。故在一些照明類電源，填谷電路為此能夠提供很好的解決方案。

1 傳統(tǒng)橋式整流和填谷式無源PFC電路分析

傳統(tǒng)橋式整流與大容量電解電容濾波電路如圖1a所示。由于整流二極管具有單向?qū)щ娦裕挥性贏C 線路電壓瞬時值高于電容C1上的電壓時才會有電流通過，致使AC 輸入電流發(fā)生嚴(yán)重失真電流流動角僅約60°，即從60°～120°，從240°～300°，如圖1b 所示。輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重畸變的結(jié)果是，線路功率因數(shù)不足0.6，諧波電流值很大，3 次諧波達70％～ 80％（以基波為100％），總諧波失真（THD）達120％以上。

填谷式無源PFC 電路：圖2（a）中的電容C1 若用圖2（a）所示的3 個二極管D5、D6、D7 和兩個等值電容C1、C2 來替代則可以大大地改善輸入電流的失真。由 D5 ～ D7 和C1 與C2 組成的填谷式無源PFC 電路也被稱作部分或不完全濾波電路。在AC 線路電壓較高時，由于二極管D6 的接入，電容C1 和C2 以串聯(lián)方式充電。只要AC 電壓高于C1 和C2 上的電壓，線路電流將通過負(fù)載。一旦線路電壓幅值降至每個電容上的充電電壓［VAC（PEAK）/2］以下，D6 則反向偏置而D5 和D7導(dǎo)通C1 和C2 以并聯(lián)方式通過負(fù)載放電，此時AC 電流不再向負(fù)載供電。這種不完全濾波填谷電路的輸出電壓（V0）波形呈脈動形狀，極不平滑，但工頻輸入電流卻得到修整，導(dǎo)通角達120°，即從30°增加150°，從210°增加到330°，如圖2b 所示。……