在通信用開關(guān)電源系統(tǒng)中，為了減少輸入電流諧波，降低其對電網(wǎng)的污染，同時(shí)有利于后級DC-DC變換電路的穩(wěn)定工作，交流輸入側(cè)多采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)。功率因數(shù)是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，定義為有功功率和視在功率之比，理想情況下其值為1.然而普通開關(guān)電源的功率因數(shù)并不高，其原因是：交流輸入經(jīng)整流、大電容濾波后，僅在交流電壓正弦波頂部附近濾波電容被充電，使得輸入電流呈現(xiàn)脈沖波形。這種電流的基波是和輸入電壓同相位的，產(chǎn)生有功功率。但電流波形中較大的高次諧波與輸入電壓既不同頻也不同相從而產(chǎn)生無功功率，通常功率因數(shù)很低。較低的功率因數(shù)不僅降低了電源利用率，同時(shí)因諧波電流流過線阻抗引起交互干擾，產(chǎn)生EMC 難題；大諧波電流增大了傳輸損耗的同時(shí)也給電網(wǎng)帶來了危害，并可造成線路過載?？梢?，功率因數(shù)對通信系統(tǒng)中設(shè)備高效、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行有著直接影響。

　　PFC的英文全稱為"Power Factor Correction",意思是"功率因數(shù)校正",功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。 基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因素值越大，代表其電力利用率越高。計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失，此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

　　單相有源功率因數(shù)校正電路的控制主要包括應(yīng)用乘法器的電流連續(xù)工作方式（CCM）和射隨器的電流非連續(xù)工作方式（DCM）。輸出功率在700W以上電源目前主要以CCM方式為主，主電路拓?fù)涠嗖捎蒙龎海╞oost）變換器，這主要是由于boost變換器具有輸入電流小、效率高、輸入電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)儲能電感也可作為濾波器抑制RFI和EMI噪聲。三相PFC整流裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）輸入功率高，功率額定值可達(dá)幾千瓦以上；（2）單相PFC整流裝置輸入功率是一個(gè)兩倍于工頻變化的量，但在三相平衡裝置中，三相輸入功率脈動部分的總和為零，輸入功率是一恒定值，三相PFC整流裝置輸出功率的脈動周期僅為單相全波整流的三分之一，脈動系數(shù)低，因此可以使用容量較小的輸出電容，從而可以實(shí)現(xiàn)更快的輸出電壓動態(tài)響應(yīng)。

　　三相APFC技術(shù)正成為眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)，但其實(shí)現(xiàn)有一定的困難，而且還未見成熟的專用控制芯片。若能將單相APFC電路簡單整合成一個(gè)三相APFC電路，將能充分利用成熟的單相控制芯片，制作出滿足要求的三相APFC裝置。

　　1 由單相APFC組合成三相APFC的幾種方法

　　單相PFC組合成三相PFC的技術(shù)優(yōu)勢是：（1）無需研究新的拓?fù)浜涂刂品绞剑芍苯討?yīng)用發(fā)展比較成熟的單相PFC拓?fù)?，以及相?yīng)的單相PFC控制芯片和控制方法；（2）電路由多個(gè)單相PFC同時(shí)供電，如果某一相出現(xiàn)故障，其余兩相仍能繼續(xù)向負(fù)載供電，電路具有冗余特性；（3）由于單向模塊的使用，因此需要更少的維護(hù)和維修，而且有利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化；（4）與三相PFC相比，不需要高壓器件等。

　　下面將對由單相PFC實(shí)現(xiàn)三相PFC的幾種方法分別進(jìn)行介紹。

　　1）由三個(gè)分別帶隔離DC/DC變換的單相PFC并聯(lián)組成的方法

　　每個(gè)單相PFC后跟隨一個(gè)隔離型DC/DC變換器，DC/DC變換器輸出端并聯(lián)起來，形成一個(gè)直流回路后向負(fù)載供電，如圖l所示。此類電路即可采用三相三線制接法，也可用三相四線制的接法，很靈活且很簡單。而且此類電路都可設(shè)計(jì)成單級形式，從而減少功率等級且動態(tài)響應(yīng)比較快。但該類電路由三個(gè)完全獨(dú)立的單相PFC及DC/DC變換器組成，由于需3個(gè)外加隔離的DC/DC變換器，因此用的器件比較多，成本較高。

　　直流-直流變換器（DC/DC）變換器廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)、辦公自動化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。按額定功率的大小來劃分，DC/DC可分為750W以上、750W~1W和1W以下3大類。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，DC/DC變換器在低功率范圍內(nèi)的增長率大幅度提高，其中6W~25WDC/DC變換器的增長率，這是因?yàn)樗鼈兇罅坑糜谥绷鳒y量和測試設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和軍事通訊系統(tǒng)。由于微處理器的高速化，DC/DC變換器由低功率向中功率方向發(fā)展是必然的趨勢，所以251W~750W的DC/DC變換器的增長率也是較快的，這主要是它用于服務(wù)性的醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、多路通信及發(fā)送設(shè)備，DC/DC變換器在遠(yuǎn)程和數(shù)字通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景?！　?/P>

　　（1）單相PFC電路由全橋電路構(gòu)成

　　圖2電路的特點(diǎn)是DC/DC的開關(guān)控制比較簡單，相對于其它電路更適合于大功率場合的應(yīng)用。但是由于隔離變壓器反射電壓的影響，全橋電路相對于反激電路來說有更高的電流失真。

　?。?）單相PFC電路由Buck電路構(gòu)成圖5 用三個(gè)單相Buck變換器組成的三相PFC示意圖圖3所示Buck型電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，同全橋電路相似，

　　由于隔離變壓器反射電壓的影響，其相對于反激電路來說也有較大的電流失真，但其諧波仍可以限定在比較低水平，達(dá)到IEC-1000的要求。另外，其可實(shí)現(xiàn)的功率等級的大小不如全橋高，但比反激式電路要大。

　　（3）單相PFC電路由反激電路構(gòu)成

　　圖4所示反激式電路有比較接近正弦的相電流，而且功率因數(shù)也更接近于單位功率因數(shù)。由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以不必以增加電壓為代價(jià)即可達(dá)到隔離的作用。但相對于前兩種電路其功率不容易做大。

　?。?）單相PFC電路由SEPIC電路構(gòu)成

　　在Boost變換中，傳統(tǒng)的隔離在此種情況下的應(yīng)用并不理想，因?yàn)樵陔娏鬟B續(xù)情況下，器件將產(chǎn)生高的電壓應(yīng)力，在電流斷續(xù)情況下將產(chǎn)生較大的輸入電流失真。

　　圖5所示的電路是用隔離SEPIC電路組成的三相PFC電路，SEPIC變換器的輸入端類似于Boost電路，因此具有Boost電路的優(yōu)點(diǎn)，如有低的輸入電流失真和更小的EMI濾波器。在輸出端SEPIC電路像反激式變換器，從而不必以增加電壓為代價(jià)達(dá)到隔離的作用。

　　2)由三個(gè)單相PFC在輸出端直接并聯(lián)組成的方法

　　圖6是將3個(gè)單相PFC變換器在其輸出端直接并聯(lián)而成的，因此結(jié)構(gòu)相對較簡單。由于該電路是三個(gè)單相。PFC變換器在輸出端直接并聯(lián)而成的，各相之間存在較嚴(yán)重的耦合。下面給出一種其相應(yīng)的電路，如圖7所示，電路中三個(gè)單相PFC之間存在相互影響，即使加入隔離電感和隔離二極管后也不能完全消除這種影響，導(dǎo)致電路的效率和輸入電流THD指標(biāo)有所下降，所以在大功率場合很少應(yīng)用，但在中小功率場合有一定的使用價(jià)值。

　　圖9是其一種實(shí)際的應(yīng)用電路圖，工作原理是，三相輸入電壓Ua,Ub,Uc（相位相差120°）。通過帶有中心抽頭的變壓器變成兩相電壓Uab和Uck（相位相差90°），Uab和Uck.的矢量圖如圖10所示。

　　通過這樣的變換，就變成兩個(gè)三相單開關(guān)PFC的并聯(lián)。盡管|Uab|≠|(zhì)Uck|，但采用適當(dāng)控制可以使兩個(gè)電路平分輸出電壓，這一特性能夠抵消電容中的低頻紋波，從而有效地減少電容的溫升，延長電容的壽命。因?yàn)槊總€(gè)電路獨(dú)立工作，所以兩個(gè)功率開關(guān)的開通和關(guān)斷互不影響。不足是不能在整個(gè)負(fù)載范圍實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正等。

　　4)由矩陣式DC/DC變換器構(gòu)成的方法

　　新穎組合式三相APFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示，該電路由三個(gè)單相PFC電路組合而成，與前面所介紹的三相組合式PFC電路極其相似，不同點(diǎn)在于，該電路中三個(gè)單相PFC的輸出并不是直接將三個(gè)單相直流輸出電壓并聯(lián)，而是通過高頻矩陣式功率變換器，使三個(gè)單相PFC直流輸出耦合成一路直流輸出。該電路的關(guān)鍵在于引入了矩陣變壓器技術(shù)，充分利用了矩陣變壓器磁耦合原理。其等效電路圖如圖12所示。

　　三個(gè)單相PFC經(jīng)逆變后的交變電壓相位、頻率、幅值相同，通過三相矩陣高頻變壓器的耦合、變壓及隔離，輸出所需要的直流電壓。三個(gè)單相PFC獨(dú)立性比較強(qiáng)，輸出之間相互電氣隔離，解決了三個(gè)單相PFC之間相互影響的圖12利用矩陣變換器實(shí)現(xiàn)的等效電路圖這一技術(shù)難題。

　　2 結(jié)束語

　　三相PFC整流電路遇到的一個(gè)很大的難題就是三相之間的耦合，上述各種方法已分別對此難題進(jìn)行了相應(yīng)的解決。每相分別加隔離DC/DC的做法雖然可以解決此問題，但其代價(jià)就是使電路所用的器件增多。隔離電感和隔離電容的加入可以對耦合加以抑制，而且在中小功率場合也有一定的實(shí)用價(jià)值。通過矩陣變換器實(shí)現(xiàn)的電路解決了這一技術(shù)難題，三個(gè)單相PFC獨(dú)立性比較強(qiáng)，輸出之間相互電氣隔離。當(dāng)然代價(jià)也是使用器件相對較多。但是考慮到由單相PFC實(shí)現(xiàn)三相PFC的種種優(yōu)勢，上述各種方法還是有一定應(yīng)用前景。