在2005年最新的IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)生效以前，大多數(shù)pC、顯示器和電視機的電源在采用110至120V，60Hz的單相交流電供電時都會出現(xiàn)過量的電源線諧波。在這個更新更嚴格的IEC標(biāo)準(zhǔn)的推動下，電源廠商開始通過新增功率因數(shù)校正（pFC）來最大限度地減少電源線諧波。

為了解IEC61000-3-2的影響，最好先了解一下直接穿過電源線放置負載電阻（R）的理想情況（圖1）。在這種情況下，正弦線路電流IAC與線路電壓VAC成正比，且與該電壓同相。因此：

這意味著，關(guān)于效率最高的無失真電源線操作來講，所有的負載都應(yīng)作為有效電阻（R），而消耗和供應(yīng)的功率是RMS線路電壓和線路電流的乘積。

不過，許多電子系統(tǒng)的負載都要交流到直流的轉(zhuǎn)換。在這種情況下，典型電源的電源線上的負載由一個驅(qū)動電容的橋式二極管組成（圖2）。它是電源線的非線性負載，因為此橋式整流器的兩個二極管都位于輸入交流電源線電壓的正半周期或負半周期的直接電源通路中。此非線性負載僅在正弦電源線電壓的峰值期間汲取電源線電流，這樣會出現(xiàn)“多峰”輸入電源線電流，從而引起電源線諧波（圖3）。

非線性負載可使諧波大小與線路頻率下的基本諧波電流具有可比性。圖4顯示了相關(guān)于線路頻率下的基本諧波大小進行標(biāo)準(zhǔn)化的高階諧波電流大小。不過，只有圖1中給出的在與線路頻率相同的頻率下且與電源線電壓同相的諧波電流（在此案例中為線路頻率下的基本諧波）對供應(yīng)給負載的平均功率起用途。這些諧波電流會影響同一電力線上的其他設(shè)備的工作情況。

假如θ=0°，則cosθ=1且p=IRMS*VRMS，這與電阻負載的情況相同。當(dāng)pF為1時，負載消耗電源供應(yīng)的所有能量。

假如θ=90°，則cosθ=0；因此負載收到的功率為零。供應(yīng)功率的發(fā)電機必須供應(yīng)IRMS*VRMS的功率（即使沒有功率用于做有用功）。

因此，關(guān)于圖2中的二極管橋式電容器案例，式2的pF含義中剩下的唯一一個變量就是線路電流IRMS，因為線路電壓（VRMS）已通過電源線發(fā)電機固定至120V。電源線為供應(yīng)給負載的給定平均功率而汲取的IRMS越高，功率因數(shù)（pF）就越低。圖2中的AC-DC轉(zhuǎn)換器采用120V的交流電源線電壓供電，并向負載供應(yīng)600W的功率，同時汲取10A的線路電流，該轉(zhuǎn)換器的pF=0.5。不過，圖1中pF為1的電阻負載僅從電源線中汲取5A的電流（該負載從120V交流電源線中汲取600W的功率）。

電力公司會因低pF負載而遭受損失，這是因為電力公司必須供應(yīng)更高的發(fā)電能力，從而滿足由于負載的低pF而出現(xiàn)的更大的線路電流的要求。不過電力公司只會按供應(yīng)的平均功率（單位為瓦特）向用戶收費——而不是按出現(xiàn)的伏安收費。

伏安與瓦特之間的這種差別要么以發(fā)熱的形式出現(xiàn)，要么反過來體現(xiàn)到交流電源線上。校正這種情況的最常見方法是采用功率因數(shù)校正。

功率因數(shù)校正

IEC-61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)含義了給定功率級別允許的最大諧波電流。該標(biāo)準(zhǔn)1995年和2001年的初始版本已被2005年的版本3更新。2005年版本3對每相耗費的功率在75至600W之間，耗費的電流≤16A的（D類）pC、顯示器和電視機的電源線諧波電流提出了更加嚴格的要求。為滿足這些要求，設(shè)計工程師必須在D類電源中采用有源功率因數(shù)校正（pFC）。

許多pFC電路都采用升壓轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的pFC升壓轉(zhuǎn)換器中的一個限制因素是它只能由整流后的交流電源線供電，而這種電源線涉及兩級功率處理（圖5）。轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)的波形更好地說明了這個問題（圖6）。此外，無法通過簡單有效的方法在傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器中引入隔離。

采用升壓轉(zhuǎn)換器的全橋擴展（然后作為pFC轉(zhuǎn)換器進行控制）是一種引入隔離的方法（圖7）。不過，這種方法要在初級新增四個晶體管，在次級新增四個二極管整流器（晶體管和整流器均在100kHz的開關(guān)頻率下工作），從而新增了復(fù)雜性。此外，四個新增的二極管位于以50/60Hz的線路頻率工作的輸入橋式整流器中。

除了低頻正弦電流之外，線路電流還將在高開關(guān)頻率下疊加輸入電感紋波電流，這要通過交流電源線上的一個額外的高頻濾波器進行濾波。由于新增了12個在硬開關(guān)模式下工作的開關(guān)，因此造成了較高的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗。據(jù)報道，這種兩級方法及輔助開關(guān)器件的最高效率為87%。

由于升壓直流轉(zhuǎn)換增益的影響，這種方法還會出現(xiàn)啟動問題。它要額外的電路對輸出電容進行預(yù)充電，以便轉(zhuǎn)換器能夠啟動。

要實現(xiàn)1kW或1kW以上的功率，設(shè)計工程師經(jīng)常采用三級方法（圖8）。在圖8中，標(biāo)準(zhǔn)升壓pFC轉(zhuǎn)換器和隔離降壓轉(zhuǎn)換器位于輸入的橋式整流器之后。這總共要14個開關(guān)。其中至少六個開關(guān)為高壓開關(guān)，這樣就進一步降低了效率，新增了成本。盡管如此，在使用最好開關(guān)器件的情況下，最高效率能夠達到90%左右，該頻率仍比兩級方法的效率要高。

如要實現(xiàn)中低功率，則有一個替代方法，該方法通過采用前向轉(zhuǎn)換器作為隔離級來減少開關(guān)數(shù)量（圖9）。在采用這個方法之前，必須注意這一點：雖然現(xiàn)在有10個開關(guān)，但與全橋式方法相比，正向轉(zhuǎn)換器中的四個開關(guān)器件向初級和次級開關(guān)施加了更大的電壓應(yīng)力。此外，全橋式方法還要