由于电视机开关电源的PFC涉及的内容、知识太多，准备以下以两次或者三次发表（分为第一部分及第二部分，第三部分准备发表各种不同平板电视开关电源PFC电路的分析。
下、电视机开关电源的PFC
第一部分：电视机开关电源输入电流波形：
前面介绍的工业电力系统PFC的概念，主要是补偿在交流市电供电系统中感性负载设备工作时；因电磁感应现象而产生的无功功率回流入电网；造成电网负担过重及能量的损失。而在我们现代的采用开关电源的电视机等用电设备中；交流市电进入开关电源直接连接于整流二极管上（整流二极管电路可以是半波整流或桥式整流电路），图3.1所示。交流市电经整流后再经过电容器滤波变成稳定的直流供后续电路使用。直接连接于市电的元件是整流二极管，对于市电电源来说其负载特性并不是前述的感性负载，也没有无功功率回流入电网，其功率因素已经达到了0.98甚至达到了1。那么为什么在开关电源电路中还要设置PFC电路？
那么现代电视机的开关电源对于市电供电电路来说这是一种什么样的负电路？它有什么样的负载特性？220V交流正弦波电压加到这样的负载电路上其电压和电流波形会有什么样的不同？流入开关电源的电流波形和加到开关电源上的电压波形还能一样是正弦波吗？两者相位能同相吗？这种二极管整流滤波的负载电路有没有无功功率回流到电网的问题？有没有功率因数降低的问题？
半波整流电路 桥式整流电路
图3.1
上述的这一切问题我们需要对图3.1电路中，正弦波交流电压加到整流电路上，整流二极管上流过的是什么样的电流波形及电流波形的变化进行分析才能回答上述系列问题。
首先既然市电的电压波形是220V正弦波交流电，我们就来研究分析一下这个220V的正弦波交流电压有什么样的特点，图3.2所示是现代市电供电的220V正弦波交流电一个周期的电压波形图。
图3.2
从图3.2可已看出，这个正弦曲线是一个有规律的电压大小方向随时间周期性变化的正弦曲线图，0轴以上为正半周，0轴一下为负半周。这也是我们国家市电电网供电的电压波形图，电压的幅度是220V 频率是50（每秒50个周期）。
这个交流电在幅度上：是大小方向在周期性的变化，那么，220V是指什么位置的电压值？图3.3所示就是220V交流市电的电压幅度标准：
图3.3
从图3.3的电压波形图中，正弦波幅度的最大值（波峰顶部）称为“峰值”，把这里定义为1（图中为1.00），那么在幅度为0.707的位置；称为“有效值”，我们平时所说的交流电压的电压值就是指0.707这一点的电压值。220V交流电；就是电压有效值为220V的交流电。那么这个有效值为220V交流电其峰值就是 220V÷0.707=311V,也就是我们220V交流市电的峰值达到了311V，这只是正半周一边的电压值，加上负半周一边，平时所指的220V交流电其正峰值和负峰值的幅度达到了622V。
这个交流电在时间上：交流电的电压值是大小周期性的变化，也就是在0度到360度的一个变化周期内，电压的幅度值是按照正弦规律变化；在0度时电压值为零；90度时电压值上升到最大值，180度时电压值下降到零；270度时电压值下降为负的最大值；360度时电压值又回升为零，图3.4所示。
图3.4
这样的一个正弦交流电压就是我们目前的市电供电电压，这个电压加到具有开关电源的电视机或电气设备上，会产生什么样的电流波形？和原来的电压波形有什么不同？会产生什么不良的后果？
我们把这个220V的正弦交流电加到不同的两个半波整流电路上分析其产生的电流的波形。
1、 没有滤波电容的半波整流电路：图3.5所示。
图3.5
在图3.5中左边波形图显示是加到整流二极管上的正弦交流电压波形图，右边波形图显示是流经二极管的电流波形图。
加到二极管上的正弦波交流电压经过二极管D整流后加到负载RL上，这是一个整流输出没有滤波电容的半波整流电路，在左边的正弦波电压为00～900时间；二极管D导通；电流经过二极管及负载RL流通,流过二极管的电流波形如图右边波形图显示，右边图中；阴影部分表示流过二极管及负载RL的电流波形。这是一个类似馒头形脉动直流电流波形，由于负载RL是阻性,所以负载两端的电压波形也一样是类似馒头形的电压波形图，我们暂且称为；“馒头波”（文中以后就把未经滤波的整流正弦交流电的波形都称为：“馒头波”）。
从右边的图中分析；可以看出；一个周期（00～3600时间）的正弦波交流电00～1800时间二极管正偏导通，1800～3600时间二极反偏管截止。
结论：在未加滤波电容的整流电路中，整流二极管的导通角为1800，电流（电压）波形幅度变化的规律是按照正弦曲线由零逐步增大到最大值，在由最大值按照正弦曲线逐步下降为零。
2、 没有滤波电容的全桥整流电路：图3.6所示。
图3.6
全桥整流电流实际上就是一个全波整流电路，输入正弦波交流电压在00～1800（正半周）时间；D1、D2导通，在1800～3600（负半周）时间D4、D3导通，输入正弦波的正、负半周都经过二极管形成电流对负载供电。由于输入交流电的正、负半周期经过4只整流二极管在负载上都形成了一个单方向（直流）的供电，所以称为：“全波供电”。
从图3.6右边的电流（电压）波形图可以看出，其波形的形状仍然是馒头形波形，只不过“馒头”排列加倍的紧密（图3.5、图3.6对比）。
3、 二极管输出端有滤波电容的半波整流电路 图3.7所示
上面介绍的无滤波电容的二极管整流电路，虽然是直流输出但是输出的是脉动的直流电，电压振幅的变化由零到最大值的“馒头波”，这种波形的脉动直流电作为供电源不能被许多电路所接受，一般的电路需要波纹系数很小的比较平滑的直流电供电工作，所以在二极管整流后增加一个滤波电容器，把振幅变化较大的脉动电压，过滤成平滑、波纹系数较小的直流电。
虽然在整流二极管的的输出端增加了一只滤波电容，但是对电路的输入、输出、电压、电流特性都产生了较大的影响，特别是对其它的电器设备也会产生不良的影响。
我们先来分析一下正弦交流电压加到整流电路上；输出电压、及流过整流二极管的电流波形都有什么变化？
A、整流二极管输入220V交流电的00～3600第一个正弦波周期时间：
在图3.7中：加到二极管D上的220V交流正弦波电压，在00～900（T0～T1时间），电压由0V逐步上升，整流二极管D导通，电流由零逐步上升对负载RL供电，并同时对电容器C充电。随着输入电压达到最大值（T2时间）311V(220V交流电的峰值)电容器两端的电压随之上升充电达到最大值311V(上正、下负)。这也是为什么220V的交流电经过整流以后，用万用表测量滤波电容两端直流电压达到300V以上的原因。
图3.7
当输入的220V正弦波交流电压在900～1800（T1～T2时间），图3.8所示；整流二极管D的输入电压由最大值（TI时间）逐步下降；最终到零（T2时间），这时由于整流二极管D的输出端连接的电容器C在T0～T1时间被充电到311V,这个电压使二极管D输出端电压也达到 311V(由于电容器两端电压不能突变)并较长时间保持，在T1～T2时间二极管D处于反偏截止状态。这时由于二极管D截止，负载RL由电容器存储的电能维持供电，尽管对负载RL供电产生电流消耗能量，但是由于滤波电容的容量都选取的较大（大于数百微法），在T0～T1时间充电时已存储了足够的电能，所以电容器两端的电压下降极为缓慢，如图3.8所示。
图3.8
通过上边T0～T1及T1～T2这两个时间端可以看出；二极管D输入的虽然是正弦波的正半周（00～1800），但是二极管只有在T0～T1时间导通，导通角只有900，（如果没有滤波电容导通角就是1800，如图3.5所示的没有滤波电容的半波整流电路）。图3.9所示就是二极D在交流正弦波电压加到有整流滤波电容电路的二极管输入端时，二极管D导通的电流波形图；图中阴影部分所示是二极管导通的电流波形，由于滤波电容的存在，二极管D在900～1800（T1～T2时间）没有电流。
结论：在正弦交流半波整流电路中，如果整流输出不用滤波电容；整流二极管的导通角为：1800，如果整流输出采用滤波电容，则整流二极管的导通角小于1800。
图3.9
显然由于整流二极管D的输出端连接了一只滤波电容器C，电容器C上在00～900（T0～T1时间）电压已经被充至311V，此电压限制了二极管在输入端正弦波在900～1800（T1～T2时间）的导通，那么在1800～3600(T2～T4时间)的负半周时间二极管更是反偏截止的。在这第一个正弦波周期的00～3600当中，整流二极管只导通了00～900。也就是在从T0～T4这一个正弦波时间周期内，整流二极管只在T0～T1这个输入正弦波电压上升时间段导通，从T1～T2这个输入正弦波电压下降时间段及T2～T4这个输入正弦波电压负半周时间端，整流二极管D均处于反偏截止状态，如图3.10所示，此T1～T4这个时间段负载RL的供电完全依靠滤波电容C存储的电能供电。
图 3.10
为了保证在T1～T4这个二极管D截止的时间段，负载RL上能保证充分的电能提供，电压不至于下跌过多（在T1～T4时间段由于电容C对RL的放电，电容C两端电压会有所下跌），所以一般在设计整流滤波电路时；根据负载RL的大小，选取足够电容量的电容器，一般选取容量巨大的电解电容，负载RL的电流越大，电容量选取就越大（电容量是根据交流电的电压、频率、负载电流的大小、波纹系数、整流是全波还是半波的要求计算得出），对于电视机开关电源的（市电220V 50H）正弦波交流电全波整流电路中，在相同的波纹系数要求下；滤波电容是100微法至400微法之间选取，负载电流大的电容量要大一些，负载电流小的电容量就小一些，为了保证在T1～T4整流二极管D截止时间，负载能保证有充足的能量提供，就要求在T0～T1（00～900）时间段，整流二极管D导通期间，二极管有充分的足够的电流流量，此时既要对负载RL供电，又要对电容器C进行大电流的充电；进行电能的存储，所以；有滤波电容的二极管整流电路，其整流二极管D在00～900（T1～T4时间）导通的电流比不用滤波电容的二极管整流电路导通电流巨大的多。
只要滤波电容C的容量足够，在整流电路工作时T0～T1（00～900）时间段能保证充电充足，不管负载电流多大，用电压表测量电容器两端电压，都能保证测量值在输入正弦波的峰值附近（300V以上），如果用电压表测量某个开关电源的整流滤波电路的输出电压小于300V,则可以考虑，该该整流滤波电路的滤波电容容量不足或者滤波电容损坏了。
B、整流二极管输入220V交流电的3600～7200第二个正弦波周期时间：
我们来看看整流二极管D输入端接下来输入的第二个正弦波周期（3600～7200）整流二极管的导通角（电流波形）会怎么样？
第二个正弦波周期的3600～4500时间是第二个正弦波周期的正半周波形，图3.11所示，
图3.11
在这个时间段的开始;我们首先要看看在交流正弦波第一个周期00～3600(T0～T4)时间结束时的T4时间电容器C上所充电压的状态；由于在上一个周期的00～900(T0～T1时间)整流二极管导通；电容器C上电压被充电至311V（220V交流峰值），而在900～3600(T1～T4时间)二极管反偏截止时；负载RL要通过电容器C所充的电能放电来维持供电，所以在900～3600(T1～T4)时间段，电容器上的电压会因为负载RL的放电逐步的下降，由于所选用的电容器的容量极大、电能充足，所以电容器C上的电压下降及其缓慢，虽然电压下降但是在T4结束时间点上；电压一般仍能维持在300V（下降约11V），我们就假定在T4时间电容器C上电压为300V。
在第二个周期交流电加到整流二极管D的输入端的开始时间也是T4时间，这时是交流电的正半周3600～4500(T4～T7)时间，图3.11的T4～T7部分所示。
按照一般人的概念；交流电的正半周加到整流二极管上，整流二极管就应该导通，而这里却不然；由于在T4时间电容器C上电压仍然有300V，电容器又连接在整流二极管的输出端所以整流二极管的输出端电压此时也是300V。那么通过图3.11的T4～T7部分所示可以明显的看出，在第二个正弦波周期的的电压上升阶段T4～T5时间段，整流二极管是不会导通的，因为此时间段整流二极管D的输出端电压是300V，而整流二极管D输入端的第二个交流正弦波周期的正半周电压必须上升到大于300V,二极管才能正偏导通。从图3.11的T4～T7部分所示可以明显的看出；从正弦波的正半周的电压上升阶段的T4～T5时间段；电压是低于300V的，所以整流二极管仍然是截止的，只有到了T5这个时间点（此时整流二极管输入端和整流二极管输出端两端等电位）以后的T5～T6时间段;电压高于300V，二极管才能进入正偏逐步迅速导通对负载RL供电，并且对电容器C再次充电，这就是图3.11所示的T5～T6时间段，在T5时间开始充电，到T6时间输入22OV的交流正弦的振幅又达到了峰值311V,这时电容器C上的电压也被充到了 311V。从T6～T7时间段，整流二极管输入端交流正弦波电压逐步下降，整流二极管又进入截止状态，可以看出在第二个正弦波周期的正半周，二极管导通角的不是整个正半周的1800（T4～T7）也不是正半周的900(T4～T6),而是小小于900的T5～T6。显然在第二个正弦波的负半周（5400～7200）二极管也更是截止的，所以在输入的交流电的第二个正弦波周期（5400～7200）内，二极管的导通时间只是短短的T5～T6时间。
图3.12
图3.12所示是整流二极管导通电流波形图；图3.12中T5～T6的阴影部分所示；即为整流二极管在输入第二个正弦波周期，整流二极管导通的电流波形图。虽然整流二极管的输入端输入的是正弦波交流电电压，但是整流二极管的电流波形因为增加了滤波电容C的原因；流过整流二极管也就是流入电源进线的交流电流波形已经不再是正弦波。而是呈导通时间极短的强脉冲状态的脉冲波形。同样道理以后的第三个、第四个、第五个…… ，正弦波周期加到整流二极管的输入端，流过整流二极管的电流波形和第二个是相同的。图3.13所示是半波二极管整流滤波电路的电流波形图（右边）。
图3.13
图3.14所示；是全波（桥式）二极管整流滤波电路的电流波形图（右边）。
图3.14
结论：有电容器滤波的正弦波交流二极管整流电路的电流波形；
1、在不用滤波电容的情况下，输入的是正弦波交流电压，流过整流二极管的电流波形是半个周期的正弦波波形的电流波形，如果是全波整流则整个整流电流的输入电压波形（正弦波）和输入的电流波形波形相同（仍然是正弦波），且相位相同。
2、在采用滤波电容滤波的情况下，输入的是正弦波交流电压，流过整流二极管的电流波形不再是正弦波波形，而是呈短时间强脉冲状态的脉冲波形（近似于脉冲上升、下降极快的方波波形）。
3、在整流电路采用了增加滤波电容后，虽然整流二极管的导通时间缩短，但是在这极短的时间，又要对负载供电，又要对电容器充电，在这极短的导通时间，电流是极大的，所以流过整流二极管的电流脉冲是强大的。
这种脉冲状态的电流波形将对供电电网、及其它的电器设备造成极大的危害，也就是出现了严重的电磁兼容和电磁干扰（EMC、EMI）问题。其危害目前已经到了不解决不行的地步了。
下期第二部分：续集 继续讲述 整流滤波开关电源电流波形的危害及解决的方法。
第三部分：续集 各种不同液晶、等离子开关电源PFC电路原理及工作过程分析。
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