【導讀】開(kāi)關(guān)電源中安裝有大功率的開(kāi)關(guān)管，它們作用在高頻狀態(tài)時(shí)會(huì )產(chǎn)生諧波，對周?chē)脑O備造成電磁干擾，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。因此，對開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制十分必要。
當前抑制方法可分為有源濾波與無(wú)源濾波兩種。其中，前者的濾波效果更好，但其技術(shù)較為復雜，在實(shí)際應用中有一定的設計難度；后者無(wú)源濾波的方法也能夠進(jìn)行諧波抑制，還可以起到無(wú)功補償的效果，但其控制效果遠不及有源濾波。
金升陽(yáng)憑借多年深耕電源行業(yè)的經(jīng)驗，針對開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻諧波，研發(fā)出高可靠的PFC集成電路，通過(guò)模擬測試實(shí)驗及現場(chǎng)使用反饋，對電源功率因數性能不斷優(yōu)化提升，設計開(kāi)發(fā)出具有超強抑制諧波能力的主動(dòng)式PFC電路的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，如：LMF系列、LIF系列、LOF系列等，產(chǎn)品功率因數最高可達0.99，能夠有效抑制高頻諧波對周?chē)O備造成的電磁干擾，提高電網(wǎng)的電能利用率；
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生諧波機理分析
在開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)電路中，開(kāi)關(guān)管只有兩種工作狀態(tài)：on和off。此時(shí)，在輸出電壓中會(huì )存在與工作頻率相對應的交流信號，這一諧波信號將會(huì )持續存在于輸出電壓中，當電流流經(jīng)非線(xiàn)性負載：如容性或感性負載時(shí)，與所加的電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。
在電力系統中對諧波的抑制是通過(guò)減少或消除注入系統的諧波電流，把諧波控制在限定值之內，例如：將開(kāi)關(guān)的控制信號脈沖頻率設置為：100kHz，可以看出：其輸出基波的奇次分量3次諧波、5次諧波能量均存在。另外，在上升沿和下降沿處，脈沖信號的電壓變化速率很快，電流變化速率也很快；在此過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生與控制脈沖頻率不同的高頻分量?？梢?jiàn)，為了對開(kāi)關(guān)電源的頻率成分進(jìn)行控制，進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源設計時(shí)應該根據設計需要合理選擇開(kāi)關(guān)控制脈沖，另外，還應該降低控制脈沖的速率。
諧波電流的危害
近年來(lái)，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性引起了人們高度的關(guān)注。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的諧波對公用電網(wǎng)和其他系統的危害大致有以下幾個(gè)方面：
開(kāi)關(guān)電源諧波電流抑制方法
1、使用EMI濾波器
EMI濾波技術(shù)能夠對尖脈沖干擾實(shí)施有效抑制，可以有效濾除傳導干擾以及輻射干擾。圖4給出了一種EMI濾波器，它是由電容和電感組成的；將其接在開(kāi)關(guān)電源的輸入端，高頻旁路電容為C1、C5，其作用是將輸入電源線(xiàn)之間的差模干擾濾除掉；L1、C3、C4與L2、C3、C4對電路中的共模干擾進(jìn)行濾除；實(shí)際測試表明，當合理選擇元器件的參數時(shí)，EMI濾波器能夠實(shí)現較好的開(kāi)關(guān)電源諧波抑制效果。
2、使用無(wú)源功率因數校正電路
上節中介紹的EMI濾波電路抑制諧波，盡管它能夠對傳導和輻射干擾進(jìn)行有效抑制，但是對輸入電流波形畸變一籌莫展。所以，要想將電流中的諧波含量大大降低，需要對橋式整流電容濾波電路進(jìn)行分析，找出其輸入特性并進(jìn)行必要的改善。
圖5右側為無(wú)源功率因數校正電路中的一種，其元件包括電容和二極管；當電路穩定后，由于整流二極管的導通時(shí)間得到了延長(cháng)，所以輸入電流諧波也會(huì )得到有效的改善。
3、使用有源功率因數校正電路
與無(wú)源功率因數校正電路不同，有源功率因數校正電路中使用的是脈寬調制策略，其控制效果要明顯優(yōu)于無(wú)源功率因數校正電路。其輸入電流能夠校正為正弦波，諧波含量在10%以?xún)?，功率因數也能夠被校正到接近?。
圖6給出了一種有源功率因數校正的簡(jiǎn)化電路，采用雙環(huán)控制；其中，外環(huán)對輸出電壓進(jìn)行控制，內環(huán)對電感電流進(jìn)行控制；采取合適的控制策略可以保證電感的峰值電流跟蹤上VDC的變化，從而實(shí)現具有正弦波形式的平均電流。
圖7為另一種有源功率因數校正電路，采用的是BOOST升壓式PFC集成電路，對其工作原理進(jìn)行分析：當接通工頻交流電后，通過(guò)橋式整流電路，輸入電壓給C1充電，當電容上的電壓升高到一定數值，將會(huì )啟動(dòng)PFC電路主控IC，從IC的GATE腳會(huì )給出相應的PWM脈沖，隨后該脈沖驅動(dòng)MOS管Q1，使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；通過(guò)取樣電阻R3和R4，取樣值被送入到IC電壓環(huán)比較器中；同時(shí)，當電壓送到IC電流檢測比較器中后，經(jīng)過(guò)內部的加法器，可以得到一個(gè)誤差信號，該信號對PWM脈沖輸出進(jìn)行調節，控制L1上的電流，使得輸入電流波形跟隨輸入電壓，以便達到功率因素接近為1。
開(kāi)關(guān)電源諧波電流認證標準
為了確保電源產(chǎn)品的諧波電流在標準范圍內，達到相關(guān)設計要求，我們引入開(kāi)關(guān)電源諧波電流標準：
測試條件：按照GB17625.1-2003（IEC 61000-3-2：2001, IDT）進(jìn)行檢驗。
a.受試樣品須進(jìn)行初始檢測。
b.額定功率75W及以上的開(kāi)關(guān)電源需要進(jìn)行此項測試（將來(lái)可能是50W及以上）。
c.根據不同電源產(chǎn)品可分為A、B、C、D級ITE（詳見(jiàn)GB17625.1-2003中“5”）進(jìn)行測試。
d.輸入電壓及頻率，一般取額定輸入電壓及頻率進(jìn)行測試(如100V-60HZ；240V-50HZ)。輸出端接與額定最大負載相當的電阻。在開(kāi)機動(dòng)作后第一個(gè)10S內諧波電流和功率不予以考慮。被測試設備不應在待機模式下超過(guò)任何觀(guān)測周期的10%（詳見(jiàn)GB17625.1-2003 中“623.2”）。
e.試驗電源的要求：
——試驗電壓的變化范圍應保持在額定電壓的±2.0%之內，頻率變化范圍應保持在±0.5%之內；三相試驗電源的每一對相電壓基波之間的相位角應為120°±1.5。
——試驗電壓的諧波電流不應超過(guò)下列值：
總結
本文對開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生諧波的原理進(jìn)行分析，由于其產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的負面影響較大，需要采取相應措施進(jìn)行諧波抑制，最后探討了抑制諧波的幾種方法。在進(jìn)行諧波抑制過(guò)程中，金升陽(yáng)電源以專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團隊，多年的產(chǎn)品及現場(chǎng)應用經(jīng)驗，針對性的給出了對應的解決方案。
同時(shí)，金升陽(yáng)以專(zhuān)業(yè)的銷(xiāo)售及技術(shù)服務(wù)團隊，服務(wù)于客戶(hù)，提供售前選型、售中技術(shù)交流、售后專(zhuān)業(yè)保障，為客戶(hù)提供一站式解決方案。
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