一、引言

在常规AC-DC开关电源中，其输入端AC电源经全波整流后，一般接一个大电容器，以得到波形较为平直的直流电压。整路是一种非线性元件和储能元件的组合，因此，虽输入交流电压是正弦的，但输入交流电流波形却严重畸变，呈脉冲状，输入电流产生严重畸变的结果是，电源满载工作时功率因素不足0.6，谐波电流值很大。故在一些照明类电源，填谷电路为此能够提供很好的解决方案。  

二、传统桥式整流和填谷式无源PFC电路分析

传统桥式整流：

图1

传统桥式整流与大容量电解电容滤波电路如图1a所示。由于整流二极管具有单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于电容C1上的电压时才会有电流通过，致使AC输入电流发生严重失真‚电流流动角仅约 60°，即从 60°到 120°，从 240°到 300°，如图 1b所示。输入电流产生严重畸变的结果是，线路功率因数不足 0.6，谐波电流值很大，3次谐波达70％ ～80％（以基波为100％），总谐波失真（THD）达120％以上。

填谷式无源PFC电路：

图2

图 2a中的电容C1‚若用图2a所示的三个二极管D5、D6、D7和两个等值电容C1、C2来替代‚则可以大大地改善输入电流的失真。由 D5～D7和C1与C2组成的填谷式无源PFC电路‚也被称作部分或不完全滤波电路。在AC线路电压较高时，由于二极管D6的接入，电容C1和C2以串联方式充电。只要AC电压高于C1和C2上的电压，线路电流将通过负载。一旦线路电压幅值降至每个电容上的充电电压 ［VAC（PEAK）/2］以下，D6则反向偏置‚而D5和D7导通‚C1和C2以并联方式通过负载放电，此时AC电流不再向负载供电。这种不完全滤波填谷电路的输出电压（Vo）波形呈脉动形状，极不平滑，但工频输入电流却得到修整，导通角达120°，即从 30°增加150°，从 210°增加到 330°，如图2b所示。采用填谷式电路能使线路功率因数高于0.9，3次和 5次谐波电流分别降至 20％和 16％以下，总谐波失真（THD）降至 30％。
    当填谷式电路在电子节能灯中应用时，虽然线路功率因数可达0.93以上，谐波电流被大大衰减，但因其产生的DC输出电压极不平滑，致使灯电流波峰比达0.2以上‚超过标准规定≤1．7的要求。而填谷式电路在离线式LED照明电源中应用，因其连接的是降压式恒流LED驱动电路，而不再是电子镇流器的半桥式DC/AC逆变器‚因此不存在灯电流波峰比等问题。

三、填谷电路的改进型

图3

改进I型填谷式电路如图3 所示，是一种缓充缓放型填谷式电路，分别在C1和C2各串接一个电阻R1和R2, 对C1和C2达到缓充缓放的效果。此电路可以使功率因数提高1.5～2.5个百分点。

图4

改进II型填谷式电路如图4所示,是一种缓充快放型填谷式电路。通过在D6上串联一个电阻 R1，对C1和C2进行缓慢充电，而放电回路并没有经过电阻R1，放电速度快。其结果是延长了C1和C2的工作时间，使D1、D2、D3 和 D4 工作连续性更好，其电流波形更接近电压波形。一般此电路能够使功率因数提高1～2个百分点。

四、谐波电流相位角不满足标准分析

4.1标准要求： 对于照明类设备，一般的，基波电流百分数表示的3次谐波电流不超过86%，5次谐波不超过61%，输入电流波形在60°前达到电流阈值(0.05Ip)，在65°前出现峰值(Ip)，在90°前不能降到电流阈值(0.05Ip)以下。(Class C适用于照明设备)

4.2实例分析

由下图可知相位角不满足Class C 条款，其电流峰值出现在接近90°的地方。满足谐波电流限值要求，但相位角不满足。

分析 ： C1和C2的充电时间很短，只有当下一个周期且桥堆整流后电压大于C1(C2)的电压时，电网才对C1和C2进行充电。对于230V输入电压，其峰值为230*√2=325V，那么每个电容的峰值电压为325/2=162.5V，若要满足相位要求，则至少需要下一个周期输入电压在325V*sin65°=294V之前，电解电容两端电压需降至147V。

针对以上分析，解决思路为：降幅移位，可以从以下3个方向进行调试：

（1）减小输入电解电容的容值，使C1和C2快速进行充电，电流相位发生偏移，但容值过小会影响电源正常工作。

（2）对D6增加一个串联电阻R1，使电解电容C1和C2的充电速度变缓，使得电流波形正弦化，但该电阻过大会导致其功耗较大，需折中考虑。

（3）增大桥前X电容容值，可提高X的充电电流峰值，使输入电流更好地在65°前出现峰值。

五、应用案例

我司产品LM16-20B24-LED应用到如上技术来解决电源在满载工作时功率因素低，谐波电流值大的问题，产品外观图如图所示：

该产品是一款16W交流转直流恒压式单组输出LED电源供应器，具备IP42防护等级，可接受90-264VAC输入电压，提供24V输出电压，这是LED应用中最常用的输出电压。设计上采用两线式Class II设计无FG，搭配94V-0等级塑胶外壳，非常适合经济型LED应用，可广泛运用于LED相关装置与电器产品（如装饰或广告照明设备）。具有良好的EMC性能，EMC和安规符合国际EN61347、IEC61347、BS EN61347的标准。