通信电源功率因数校正技术的研究

通信电源功率因数校正技术的研究

摘要：当代高速发展的通信技术，尤其在通信数字设备这一块，所需的电量日益增加，同时所需电能质量渐渐提高。在以前模式中，通信电源对应输入端电路是二极管整流与滤波电容一起构成，所对应的输入电流波形一般是脉冲式的，让交流网侧相应的功率因数通常较低。因此通信电源功率因数校正技术的研究有很好研究价值和意义，既能减少能耗，还能改善通信电源系统各方面性能。

关键词：通信电源 功率因数 校正技术

一、引言

近年来，现代高频通信开关电源在日常生活中得到了广泛应用，特别是在直流、交流、工业电源等方面。现代化通信在微电子通信技术的领域高速发展，电源系统是所有通信设备必须具备的，其质量与通信效果和质量有着直接关系[1]。众所周知，通信设备往往由很多部分组成，关键组成部分之一就是通信开关电源，它常常被比作是通信设备的“心脏”。开关电源技术通过合理利用半导体功率器件，不仅实现高效率电能变换，还能将粗电转变为精电。在开关电源中，半导体功率器件工作方式有高效率、高功率密度、高可靠性的优点，是因为它工作在高频开关方式[2]。当今功率因数校正技术日益涌现出实用化、专业化和高性能化的各种新技术，PFC技术的持续发展会紧跟新需求、改进器件制造工艺、改善控制方法的方向稳步前进[3]。

二、通信电源系统介绍

交流和直流供电是通信电源系统中主机模块主要的两种供电标准，同理通信电源系统也分成交流不断续供电和直流不断续供电两种方式，依靠蓄系统中电池存储的电源来达到这两种类型系统不 图1集中供电通信电源系统

（a）不间断；（b）可短时中断；（c）允许中断

断续供电。主机不间断供电的电源是通信电源系统中不可缺少的，允许短时中断的存在是为了保证建筑负荷，机房电器例如空调等和允许中断的一般建筑负荷用的电源也是必需的。上面提到的供电两大系统又划分为3级：在集中供电通信电源系统中这1~3级的作用分别是保障能源供应、持续不间断供电、主机获得多电压多品种电源。如图1所示。

因为交流不间断供电系统工作方式比较简单，通常是交流整流为直流,再由直流逆变为交流的方式，这会直接关系到系统各项参数的优劣，并且交流的并联和旁路技术也不容易，所以，当今主要的通信设备及供电电源的选择仍旧是以直流不间断供电作为首选。

三、通信电源功率因数介绍

（1）功率因素的定义

由基本理论得，功率因素是有功功率（P）和视在功率（S）的比值，用公式：

功率因素=PU1I1cos1I1cos1cos1 SU1IRIR

I1I2In，其中I1，I2，„，222IR其中I1是输入电流基波有效值；IR是电网电流有效值，

In是输入电流各次谐波有效值；U1是输入电压基波有效值；是输入电流的波形畸变因数；cos1是基波电压和基波电流的位移因数。

（2）功率因数的考虑因素

功率因素在通信电源中很重要，需要考虑很多因素，例如操作不当整流电路部分后继令输出，造成电压显得平滑的滤波电容，通常都会干扰通信开关电源对应的功率因数，结果就是显示低，尖脉冲形式的电流波形就会输入，输入电流因为有不少成分的谐波，除了使得噪声干扰增加，而且AC-DC 整流电路大受影响，那么在输入端就必须增加滤波器，而这又让制造成本更高、尺寸更大、重量参数增加。很多电流谐波分量在这个时候污染电网成分，主要包括：第一，出现二次效应现象，在工作电流通过对应的阻抗时，能造成电网电压发生变形。第二，对应谐波电流会造成电路工作不正常，损害设备。第三，在三相四线模式的电路中，三次成分谐波产生相同相位的电流，但合成相应中线的电流需很大，这样会让同相电流太大，假如中线位置没有保护电路的结构，那么中线过流后必然会导致中线过热的发生，这样会让相应电气设备损坏甚至造成火灾。第四，谐波成分的出现，带来各种副作用，常见的就是相邻通信电源系统互相干扰，假如是一般的噪声，通信效果与质量下降先不说，还可能让对应信息消失，造成无法挽回的损失。

（3）功率因数的校正技术

第一，多脉冲式整流方法。它主要运用变压器的特性，达到N次不同谐波电流移相的结果，使奇次谐波抵消。这种做法在变压器负载匹配时，对减少输入端的低次谐波是有用的。

第二，引入滤波电感,在电路整流器与电容之间串联电感，或在交流侧操作，接入谐振滤波器。在电路结构、成本话费、可靠性上、电磁干扰方面都具有很大优势；主要缺点是在尺寸、重量都很大，很难获得高功率因数，频率、负载和输入电压改变直接影响工作性能，电感、电容都具有大的

充放电电流等。此方式在抑制高次谐波方面有一定作用，而因为滤波设备通常较多,并且系统阻抗能改变运行状况，如果不加入调谐电抗器，较容易跟系统电抗一起出现并联谐振。因为这个方法相对容易,目前还在用简单结构来改进。

第三，有源式功率因数校正方法。该法利用有源开关或AC/DC 转换技术，达到输入电流与电网电压的相同相位。整个系统的整流器跟负载部分间接入DC 开关式的变换器，同时还有电流式反馈构架，为了让输入端对应的电流波形跟交流输入的对应正弦电压波形发生同步。这类方式特别的地方是能容易达到对应的高标准功率因数，让波形发生畸变可能性减小，适应和较宽输入电压工作，大小、重量适中，对应输出电压保持稳定。缺点是：电路构造不简单，平均无故障时间减小，话费大,效率不高。

四、结论

由于现代化生活人民群众生活质量普遍提高，因此在通信电源质量上的需求也在日益提高，在通信行业具有十分良好的前景。但是通信电源功率因数却在慢慢下降，这种情况不仅让高端复杂通信设备无法在各个方面达到各种应用要求，而且通信系统在效果、质量都会逐渐下降，从而造成社会资源利用低下、能源严重浪费、通信电源功率因数校正技术止步不前。当今正是通信领域蒸蒸日上的时候，要想持续快速发展，高功率因数通信因数校正技术还有很多待改善的空间。

参考文献：

[1] 李哲明.通基于通信电源功率因数校正技术的分析研究[J].新技术通信, 2013.

[2] 熊杰.通信电源功率因数校正技术的研究.武汉理工大学硕士论文, 2007.

[3] 杜海宾.功率因数校正技术的研究.东北大学硕士论文, 2010.