传统的开关电源电路，因为选用非线性元件和储能元件，导致电源输入电流的瞬时值很高，波形严峻畸变且呈脉冲状，因而存在着丰厚的谐波电流，尤其是三次谐波电流。这些谐波电流一方面添加了谐波噪声水平，下降了电源的可靠性，另一方面又会对电网形成极大的污染。为了削减开关型功率变换器输入端谐波电流形成的噪声和对电网发生的谐波污染，国内外有关部门对电器设备发生的谐波量做出了有关规则，如EN61000-3-2，MIL-STD-461D以及GJB151A-97等规范[1]。因而，功率因数调整电源，即PFC（PowerFactorCorrector）电源的研发已成为当今世界电力电子技术领域的热门之一。PFC电源经过自动调整输入电流波形，以及对输入电流与输入电压间的相位差进行补偿，然后按捺了谐波的发生，进步了电源的功率因数，削减了对电网的谐波污染。
VicorHAM（HarmonicAttenuatorModule）模块是美国Vicor公司推出的一款电源谐波衰减模块，该模块作为PFC电源的前端模块，可将输入沟通电压转换为直流高压，并依据PFC电源的输出调整输入电流的波形以进步电源的功率因数削减谐波。本文首要介绍了VicorHAM模块的功用和基本原理；其次，以VicorHAM为中心，并配以电源滤波器、V375系列DCDC变换器等器材规划一台600W的PFC电源样机；最终，对PFC电源样机输入电流谐波进行丈量，丈量成果证明该PFC电源到达了GJB151A-97中CE101项目对电源谐波按捺的规范。
1VicorHAM模块介绍
VicorHAM模块首要由一个全波整流器、一个高频零电流开关（ZeroCurrentSwitch）高压转换器、有源浪涌电流约束、短路维护、操控和内务办理电路等组成，如图1所示。对输入沟通电源整流，并输送到高压转换器。操控电路改动高压转换器的操作频率，坚持HAM的输出电压在输入电压的峰值以上，一起使输入电流跟从输入电压的波形和相位，然后使功率因数可校对至0.99。经过一个自适应输出电压操控系统，在任何输入电压下，均可优化高压转换器的操作功率。
图1VicorHAM功用方块图
VicorHAM模块作业时，经过全波整流器将输入线电压整流后输送到高压转换器，其电压波形如图2-A所示。操控电路经过改动高压转换器的作业频率，使得VicorHAM模块的输出电压比输入线电压峰值高，如图2-B所示。因为输入线电压的峰值小于输出电压，所以只有当输入线电压峰值和一个附加的电压（附升电压）之和超越输出电压时，才会有电流经过。由此，可经过操控电路去调理附升电压（图2-B-A）来坚持正弦波式的输入电流。为了坚持正弦式的输入电流，操控电路可选用输入电压波形作为参照物，经过丈量输入电流并将其与输入线电压波形比较操控电路去调理附升电压，以便得到与输入电压相同波形的输入电流（图2-I）。与此一起，操控电路将监测VicorHAM模块输出电压并调理附升电压，去坚持大体上调理过的VicorHAM模块输出电压（图2-B）。因为操控电路的首要功用是坚持正弦波式的电流，所以可答应VicorHAM模块输出电压有细小改变。
图2VicorHAM输入电压电流示意图
操控和内务办理电路还具有一个能够对外输出的辅佐电源（A/S）、一个使能输出信号（E/O）和一个电源正常信号（P/OK）。
辅佐电源（A/S）为HAM模块供给的低压非阻隔输出，可用于功率初级操控端和监控电路。在最大电流为3mA时，输出电压为19~23VDC（以负输出端为参阅电位）。辅佐电源的典型应用为发动光耦合器。阻隔电源正常信号（P/OK）。
在HAM模块的输出端一般接有一个坚持电容（HUB），在坚持电容（HUB）充满电之前，使能输出信号（E/O）用来按捺DCDC转换器。有必要将使能输出（E/O）引脚与V375DCDC转换器的PC引脚衔接，否则可导致转换器重复敞开或封闭。
电源正常信号（P/OK）是一个显现沟通电源状况和VicorHAM模块直流输出电压的监控信号。该信号为V375DCDC转换器供给了满意的时刻发动并安稳其输出。
VicorHAM模块发动关机时序如图3所示。沟通电源正常输入后，VicorHAM模块开端作业，当其输出大于280VDC时，使能信号（E/O）为高电平并发动DCDC转换器。约10ms后，DCDC转换器输出正常。在使能信号（E/O）发动DCDC转换器后约25ms，电源正常信号（P/OK）变为低电平，表明输入沟通电源正常。当输入沟通电源断电或许电压下降导致VicorHAM模块输出电压低于270VDC时，电源正常信号（P/OK）变为为高电平，表明输入沟通电源不正常，当VicorHAM模块输出电压低于250VDC时，使能信号（E/O）变为低电平，并封闭DCDC转换器，然后使DCDC转换器没有直流输出。
图3VicorHAM模块发动/关机时序图
2PFC电源规划
本文选用Vicor30205滤波器、VI-HAM-EL模块、辅佐电路以及V375A48E600BL模块构成一款PFC电源。该电源沟通输入电压为110~264VAC。标称直流输出电压为48V。输出可调理规模为-90%~+10%。最大输出功率为600W。输出纹波小于50mVpp。谐波衰减满意GJB151A-97中CE101项意图要求。
PFC电源电路原理图如图4所示，其间模块Z1、Z2、Z3分别为Vicor30205滤波器、VI-HAM-EL模块和V375A48E600BLDCDC转换器。
模块Z1对沟通输入电压进行滤波，因为Vicor30205滤波器内置压敏电阻、差模滤波器和共模滤波器等器材，因而能够按捺输入沟通电压的瞬变浪涌，削减输入差模噪声和共模噪声。模块Z2将经模块Z1滤波的输入沟通电压转换为375V直流电压，而且调整输入电流波形使之与输入电压波形共同。模块Z2的直流输出作为模块Z3的输入，一起对储能电容C1进行充电。在储能电容C1未充满电之前，模块Z2的使能输出端（E/O）为低电平，待储能电容C1充满电后，使能输出端（E/O）跳变为高电平。当直流电压正常输入后，模块Z3便将375V直流电压转换为48V直流电压输出，一起模块Z3的初级操控端（PC）可对外供给直流5.7V的操控电压，其最大电流为3mA。若将初级操控端（PC）电压拉低至小于2.3V，模块Z3便无法作业对外无电压输出。
模块Z2的使能输出端（E/O）经过电阻R3和二极管D2与模块Z3的初级操控端（PC）相连，使得模块Z3在储能电容C1未充满电之前不作业，然后无直流电压输出。R1是上拉电阻，它经过模块Z2的使能输出端（E/O）与辅佐电源端（A/S）与相连，以确保使能输出端（E/O）输出正常。D1为稳压二极管以安稳模块Z2的使能输出端（E/O）的高电平。R2为储能电容C1的泄放电阻。D3为肖特基二极管，用以防止瞬变浪涌维护后续模块。C2~C4为不同耐压的X电容，用来按捺差模搅扰。C5~C8为Y%&&&&&%，用来按捺共模搅扰。F1和F2为保险丝。
图4PFC电源原理图
3试验成果
在试验室中对PFC电源样机进行输入电流谐波丈量，其丈量示意图如图5所示，依照GJB152A-97规范中CE101项目，即25Hz~10kHz电源线传导发射的测验办法进行安置和丈量。为了防止市电电网中的搅扰影响丈量精度，试验室丈量选用信号源和功率放大器所发生频率为50Hz，起伏为622VPP的输出信号模仿市电电网供电，模仿市电电网沟通电经过LISN电源网络作为PFC电源样机的沟通输入电压。
选用FLUCK公司i200s沟通电流钳收集PFC电源样机的沟通输入电流，然后将i200s沟通电流钳输出信号（电压信号）经过数据收集器送入核算机。核算机程序经过不同中心频率的滤波器剖析处理后，得到基波以及各次谐波的信号起伏。
因为偶次谐波的信号起伏远远小于奇次谐波的信号起伏，故核算机程序对偶次谐波信号不进行丈量。以基波信号起伏作为基准，核算各奇次谐波信号起伏的衰减分贝数，即为谐波电流相对于基波电流的衰减分贝数。
依据GJB151A-97中CE101-2项目中极限值的规则，当输入电源功率小于1kW时以图6中曲线abc作为极限。
GJB151A-97中以均已1μA为基准，为了便利比照谐波衰减起伏，取基波电流为0dB。丈量成果如图6所示，其间粗实线为极限基准，细实线为负载为120Ω时的丈量曲线，细虚线为负载为50Ω时的丈量曲线。因为遭到数据收集器的约束，频率在3kHz以上的谐波起伏无法精确丈量，且此频率以上的谐波起伏远远小于3次谐波和5次谐波，故在图6中省掉。从图6中可知该PFC电源在3kHz以下的频段上谐波衰减均在曲线abc以下，从5次谐波（250Hz）开端均在曲线dbc（输入电功率大于1kW极限）以下。若添加图4中C1的容量或许使PFC电源样机满功率输出，有望使3次谐波也在曲线dbc以下。由此可验证所规划的PFC电源样机完全能够到达GJB151A-97中CE101-2项目中极限值的要求。假如依托多个600W的PFC电源，就有或许研发出功率大于1kW而且满意GJB151A-97中CE101规范的PFC电源。
图5丈量示意图
图6谐波衰减丈量成果
4定论
本文首要介绍了VicorHAM模块的作业原理，并以该模块为中心规划一款PFC电源样机，经过试验证明该PFC电源样机契合GJB151A-97中CE101的规范。VicorHAM模块具有体积小，输出功率高，可靠性高级特色，且外围电路简略，合作不同的DCDC转换器可便利的规划出不同直流电压输出的PFC电源，因而使用模块规划PFC电源具有广泛的工程参阅价值。
