逆變電源系統功率因數及諧波干擾問題的解決方案

    因此在現代逆變電源系統中，功率因數校正電路是一個不可或缺的重要組成部分。功率因數校正可以分為無源功率因數校正技術(Passive PFC)和有源功率因數校正技術(Active PFC)。無源功率因數校正技術是采用無源器件，如電感和電容組成得諧振濾波器來實現PFC功能;有源功率因數校正技術則采用了有源器件，如開關管和控制電路來實現PFC功能。現代逆變電源系統應用的多為有源功率因數校正技術，可以將輸入電流校正成與輸入電壓同相的正弦波，將功率因數提高至接近1。

    3 帶有PFC功能的逆變器構成方案

    具有功率因數校正功能的逆變器構成方案通常有三種：三級構成方案Ⅰ、三級構成方案Ⅱ和兩級構成方案。

    1. 三級構成方案Ⅰ。其結構如圖3所示。第一級是50Hz工頻變壓器，用來實現電氣隔離功能，從而保證電源設備的安全性，免受來自高壓饋電線的危險。第二級是功率因數校正電路，用來強迫線電流跟隨線電壓，使線電流正弦化，提高功率因數，減少諧波含量，其輸出是400V左右的高壓直流。第三級是DC-AC模塊，用來實現逆變功能，即通過控制逆變電路的工作頻率和輸出時間比例，使逆變器的輸出電壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設備工作的要求來靈活地變化。

圖3三級構成方案Ⅰ主電路框圖

    這是一種較早采用的方案，技術也比較成熟，其主要優點是電路結構簡單，實現較為容易。主要缺點是電能經過三級變換，降低了逆變器的可靠性和效率;工頻隔離變壓器體積龐大、笨重、耗費材料多;PFC級的輸出，即DC-AC的輸入為400V左右的高壓直流電，這就對許多需要逆變級具有低壓輸入的應用場合產生了限制。比如鐵路用逆變器和航空用逆變器等多個重要的逆變器應用領域都需要110V的正弦交流電輸出，若采用這種構成方案，則不僅可靠性難以得到保證，而且逆變器的效率會進一步降低，一般不會超過80%。

    2. 三級構成方案Ⅱ。其結構如圖4所示。第一級是PFC級，其結構功能與三級構成方案Ⅰ中的PFC電路相同。第二級是DC-DC級，用來調節PFC輸出電壓和實現電氣隔離。第三級是DC-AC模塊，其結構功能與三級構成方案Ⅰ中的DC-AC電路相同。這是目前應用較多的一種方案，是中大功率應用的最佳選擇。

圖4 三級構成方案Ⅱ主電路框圖

    3.兩級構成方案。 針對以上兩種方案的不足，人們提出了一種兩級構成方案。該方案將三級構成方案Ⅱ中的前兩級合并為一級，使PFC和DC-DC級共用開關管和控制電路(如圖5所示)，并通過高頻變壓器得到可調PFC輸出直流電壓，實現電氣隔離,如圖5所示。這種方案保持了三級構成方案Ⅱ中的優點，而且改進了三級構成方案Ⅱ的不足之處。總之，可靠性高、效率高、成本低是這種逆變器構成方案最顯著的優點。