在电力电子应用中，MDD整流桥广泛用于AC-DC转换，但其非线性整流特性会产生较大的谐波电流，影响电网质量，甚至导致电磁干扰（EMI）超标。为抑制谐波，提高功率因数（PF），常用的方法包括LC滤波和有源功率因数校正（PFC）。然而，这两种方案各有优劣，如何在工程上实现性能、成本和效率的最佳平衡，是电源设计工程师必须面对的挑战。MDD在本文将深入探讨LC滤波与有源PFC的谐波抑制策略，并提供优化建议。
1.整流桥产生谐波的根本原因
整流桥（如单相全桥整流）在工作时，只在输入电压高于滤波电容电压时导通，因此输入电流呈现脉冲状，主要表现为：
谐波成分丰富：低频基波（50Hz或60Hz）之外，含有大量高次谐波（100Hz、150Hz、200Hz等）。
功率因数降低：整流桥工作在非线性状态，造成电流与电压相位失配，导致功率因数（PF）低至0.5~0.7。
电网污染：谐波会引起电压畸变、变压器过热、电容器振荡，甚至影响其他设备的正常运行。
因此，整流桥后端必须采用适当的滤波或PFC电路来改善输入电流波形。
2.LC滤波：被动谐波抑制方案
（1）LC滤波的工作原理
LC滤波采用电感（L）+电容（C）形成低通滤波网络，主要作用是：
降低高次谐波：电感可限制di/dt变化，电容吸收高频成分，使输入电流趋于平滑。
提高功率因数：改善电流波形，使其更接近正弦，提高PF至0.8~0.9。
（2）LC滤波的设计要点
✅电感值选取：
较大电感（>1mH）可有效滤除高次谐波，但体积和成本较高。
较小电感（<0.5mH）对高频谐波抑制有限，可能需要额外的EMI滤波器。
✅电容选型：
并联X电容（如0.1μF~1μF）可减少高频噪声。
适当增加滤波电容值（如470μF~1000μF）可降低纹波，但过大会导致浪涌电流增大。
（3）LC滤波的优缺点
✅优点：
无源方案，可靠性高。
电路简单，成本较低。
❌缺点：
体积较大，不适合高功率密度应用。
功率因数仍有限，难以满足PFC法规（如IEC 61000-3-2）。
低频谐波抑制效果有限，高次谐波仍可能超标。
LC滤波适用于对谐波要求不严格的小功率应用（如<75W的适配器、LED驱动），但在高功率场合，通常需要更先进的PFC方案。
3.有源PFC：主动谐波抑制技术
（1）有源PFC的工作原理
有源PFC（Active PFC）采用Boost升压电路+PWM控制，通过主动调节输入电流，使其跟随电网电压波形，达到接近1.0的功率因数。
（2）有源PFC的优势
✅谐波抑制能力强，符合IEC 61000-3-2标准，可将PF提高至0.95~0.99。
✅提高输入电压利用率，减少对大电容的依赖，降低纹波。
✅体积小，适用于高功率密度电源（如服务器电源、工业电源）。
（3）有源PFC的设计要点
Boost电感优化：选用低损耗磁芯（如铁氧体或铁粉芯），减少涡流损耗。
PWM控制策略：采用临界导通模式（CRM）或连续导通模式（CCM），权衡效率与EMI。
MOSFET/SiC选型：高频PFC可采用SiC MOSFET或GaN开关管，提升转换效率。
（4）有源PFC的挑战
❌成本较高，需要控制IC、MOSFET、电感等额外器件。
❌电路复杂，对PCB布局、散热设计要求较高。
❌开关损耗和EMI问题，需要额外的EMI滤波器和缓冲电路。
4.LC滤波vs.有源PFC：如何选择？
✅＜75W应用（如LED驱动、适配器）→采用LC滤波，可通过合理设计降低谐波。
✅＞75W应用（如服务器电源、工业电源）→采用有源PFC，提高效率并满足谐波标准。
5.结论：工程上的平衡之道
在整流桥谐波抑制方案中，LC滤波与有源PFC各有优劣。对于低功率应用，LC滤波因其低成本、高可靠性仍是合理选择。而对于高功率、高效率应用，有源PFC因其卓越的功率因数和谐波抑制能力成为主流方案。工程师在设计时，应根据功率等级、成本预算、法规要求选择最佳方案，并结合PCB布局、EMI优化，确保系统性能与稳定性。
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