MDD整流橋諧波抑制全攻略：LC濾波與有源PFC的工程平衡術(shù)

在電力電子應(yīng)用中，MDD整流橋廣泛用于AC-DC轉(zhuǎn)換，但其非線(xiàn)性整流特性會(huì)產(chǎn)生較大的諧波電流，影響電網(wǎng)質(zhì)量，甚至導(dǎo)致電磁干擾（EMI）超標(biāo)。為抑制諧波，提高功率因數(shù)（PF），常用的方法包括LC濾波和有源功率因數(shù)校正（PFC）。然而，這兩種方案各有優(yōu)劣，如何在工程上實(shí)現(xiàn)性能、成本和效率的最佳平衡，是電源設(shè)計(jì)工程師必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。MDD在本文將深入探討LC濾波與有源PFC的諧波抑制策略，并提供優(yōu)化建議。

1.整流橋產(chǎn)生諧波的根本原因

整流橋（如單相全橋整流）在工作時(shí)，只在輸入電壓高于濾波電容電壓時(shí)導(dǎo)通，因此輸入電流呈現(xiàn)脈沖狀，主要表現(xiàn)為：

諧波成分豐富：低頻基波（50Hz或60Hz）之外，含有大量高次諧波（100Hz、150Hz、200Hz等）。

功率因數(shù)降低：整流橋工作在非線(xiàn)性狀態(tài)，造成電流與電壓相位失配，導(dǎo)致功率因數(shù)（PF）低至0.5~0.7。

電網(wǎng)污染：諧波會(huì)引起電壓畸變、變壓器過(guò)熱、電容器振蕩，甚至影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

因此，整流橋后端必須采用適當(dāng)?shù)臑V波或PFC電路來(lái)改善輸入電流波形。

2.LC濾波：被動(dòng)諧波抑制方案

（1）LC濾波的工作原理

LC濾波采用電感（L）+電容（C）形成低通濾波網(wǎng)絡(luò)，主要作用是：

降低高次諧波：電感可限制di/dt變化，電容吸收高頻成分，使輸入電流趨于平滑。

提高功率因數(shù)：改善電流波形，使其更接近正弦，提高PF至0.8~0.9。

（2）LC濾波的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

?電感值選取：

較大電感（>1mH）可有效濾除高次諧波，但體積和成本較高。

較小電感（<0.5mH）對(duì)高頻諧波抑制有限，可能需要額外的EMI濾波器。

?電容選型：

并聯(lián)X電容（如0.1μF~1μF）可減少高頻噪聲。

適當(dāng)增加濾波電容值（如470μF~1000μF）可降低紋波，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致浪涌電流增大。

（3）LC濾波的優(yōu)缺點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)：

無(wú)源方案，可靠性高。

電路簡(jiǎn)單，成本較低。

?缺點(diǎn)：

體積較大，不適合高功率密度應(yīng)用。

功率因數(shù)仍有限，難以滿(mǎn)足PFC法規(guī)（如IEC 61000-3-2）。

低頻諧波抑制效果有限，高次諧波仍可能超標(biāo)。

LC濾波適用于對(duì)諧波要求不嚴(yán)格的小功率應(yīng)用（如<75W的適配器、LED驅(qū)動(dòng)），但在高功率場(chǎng)合，通常需要更先進(jìn)的PFC方案。

3.有源PFC：主動(dòng)諧波抑制技術(shù)

（1）有源PFC的工作原理

有源PFC（Active PFC）采用Boost升壓電路+PWM控制，通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)輸入電流，使其跟隨電網(wǎng)電壓波形，達(dá)到接近1.0的功率因數(shù)。

（2）有源PFC的優(yōu)勢(shì)

?諧波抑制能力強(qiáng)，符合IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，可將PF提高至0.95~0.99。

?提高輸入電壓利用率，減少對(duì)大電容的依賴(lài)，降低紋波。

?體積小，適用于高功率密度電源（如服務(wù)器電源、工業(yè)電源）。

（3）有源PFC的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

Boost電感優(yōu)化：選用低損耗磁芯（如鐵氧體或鐵粉芯），減少渦流損耗。

PWM控制策略：采用臨界導(dǎo)通模式（CRM）或連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM），權(quán)衡效率與EMI。

MOSFET/SiC選型：高頻PFC可采用SiC MOSFET或GaN開(kāi)關(guān)管，提升轉(zhuǎn)換效率。

（4）有源PFC的挑戰(zhàn)

?成本較高，需要控制IC、MOSFET、電感等額外器件。

?電路復(fù)雜，對(duì)PCB布局、散熱設(shè)計(jì)要求較高。

?開(kāi)關(guān)損耗和EMI問(wèn)題，需要額外的EMI濾波器和緩沖電路。

4.LC濾波vs.有源PFC：如何選擇？

?＜75W應(yīng)用（如LED驅(qū)動(dòng)、適配器）→采用LC濾波，可通過(guò)合理設(shè)計(jì)降低諧波。

?＞75W應(yīng)用（如服務(wù)器電源、工業(yè)電源）→采用有源PFC，提高效率并滿(mǎn)足諧波標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)論：工程上的平衡之道

在整流橋諧波抑制方案中，LC濾波與有源PFC各有優(yōu)劣。對(duì)于低功率應(yīng)用，LC濾波因其低成本、高可靠性仍是合理選擇。而對(duì)于高功率、高效率應(yīng)用，有源PFC因其卓越的功率因數(shù)和諧波抑制能力成為主流方案。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)功率等級(jí)、成本預(yù)算、法規(guī)要求選擇最佳方案，并結(jié)合PCB布局、EMI優(yōu)化，確保系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。